Enhancing the NaCl/Na2SO4 separation selectivity and chlorine resistance of nanofiltration membranes by incorporating novel designed starch nanoparticles

纳滤 界面聚合 选择性 纳米颗粒 聚酰胺 化学工程 水溶液 化学 渗透 氯化物 色谱法 材料科学 单体 有机化学 聚合物 生物化学 工程类 催化作用
作者
Yuhao Chen,Tengfang Zhang,Dingdong Chai,Haixing Ye,Sihui Tang,Peijian Wang,Haixiang Sun,Baosheng Ge,Q. Jason Niu
出处
期刊:Applied Surface Science [Elsevier]
卷期号:604: 154417-154417 被引量:21
标识
DOI:10.1016/j.apsusc.2022.154417
摘要

The challenge of poor compatibility between nanoparticles and separation layers in thin film nanocomposite (TFN) nanofiltration (NF) membranes has always plagued the researchers. In this work, a carboxylated starch nanoparticles (CSNPs) were introduced into the polyamide (PA) separation layer of NF membrane by the IP reaction between trimesoyl chloride (TMC) and piperazine (PIP). The agglomerated or large size CSNPs could transfer the reaction interface above the particles through the formation of a water template by adsorption of aqueous phase monomers, which shaped the defect-free separation layer. Furthermore, the reduced thickness and increased density of the separation layer greatly enhanced the separation selectivity of the nanofiltration membrane thanks to the introduction of hydrophilic groups of nanoparticles. The modified membrane achieved a nearly 5-fold improvement in separation selectivity for NaCl and Na2SO4 (SNaCl/Na2SO4 = 180) and a 2-fold increase in the water permeance. In addition, the modified NF membrane also possessed better chlorine-resistance property based on the formation of polyarylester between the reaction of hydroxyl groups in CSNPs and acyl chloride groups in TMC. Such novel aqueous-phase additives provide new insights to effectively solve the compatibility problem between the nanoparticles and separation layers, which is favorable for the commercial production of NF membrane.
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