Narrowing the pore size distribution of polyamide nanofiltration membranes via dragging piperazines to enhance ion selectivity

哌嗪 纳滤 聚酰胺 界面聚合 选择性 化学 化学工程 高分子化学 聚合 材料科学 单体 聚合物 有机化学 催化作用 工程类 生物化学
作者
Bo Zhu,Ruiqi Shao,Nan Li,Changsheng Guo,Pengbi Liu,Jie Shi,Chunying Min,Shengkai Liu,Xiaoming Qian,Lijing Wang,Zhiwei Xu
出处
期刊:Journal of Membrane Science [Elsevier BV]
卷期号:667: 121187-121187 被引量:38
标识
DOI:10.1016/j.memsci.2022.121187
摘要

Traditional polyamide nanofiltration membranes often can't obtain ideal ion selectivity due to their wide pore size distribution. In this work, a β-cyclodextrin modified sodium hyaluronate (HA-CD) was introduced to achieve the dragging effect of piperazine by non-specific hydrogen bond interaction between HA-CD and substrate and piperazine, thus realizing the purpose of sustained release of piperazine. The MD simulation results demonstrated that the diffusion rate of piperazine was reduced by approximately two orders of magnitude due to the interaction effect. In addition to making the polyamide layer thinner and smoother, HA-CD also narrows the pore size distribution. The salt filtration test showed that the prepared membrane has excellent anion selectivity ( α max :114) and permeability (10.66 L m −2 h −1 bar −1 ). Long-term filtration and nano-scratch test results demonstrated that the prepared membranes have good operational stability (the permeability only decreased about 30%) and mechanical strength (the interface bonding strength increased about 270%). By exploring the effect of the interaction between HA-CD and substrate and piperazine on the interfacial polymerization process, which proved the feasibility of realizing high permeability selectivity and stability of the membrane by constructing the functional bridge between substrates and aqueous monomers. • Slowing down the diffusion rate of piperazine by dragging effect. • Narrow pore size distribution achieved by the ordered interfacial polymerization reaction. • Grazing-incidence small-angle X-ray scattering for characterization of membrane pore structure. • Polyamide nanofiltration membranes with ultra-high mono- and divalent ion selectivity. • The improved polyamide nanofiltration membrane with excellent stability.
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