一种具有不对称选择性的纳滤膜可提高水的回收率

导读 近年来,新兴污染物对地下水的污染引起了人们的极大关注。全氟烷基物质(PFAS),尤其是全氟辛烷磺酸(PFOS)等新出现的污染物因其对环境退化过

近年来,新兴污染物对地下水的污染引起了人们的极大关注。全氟烷基物质(PFAS),尤其是全氟辛烷磺酸(PFOS)等新出现的污染物因其对环境退化过程的高度耐化学性而广泛存在于地下水系统中并持久存在。

纳滤(NF)已被用作去除地下水中全氟辛烷磺酸的有效分离技术。尽管PFOS的去除效率很高,但纳滤膜的结垢限制了修复过程中的水回收。此外,地下水通常含有高含量的二价离子,例如钙、镁和硫酸盐,这些离子通常会被传统纳滤膜很好地排斥(见图1A)。这将导致严重的膜结垢(例如,通过二水硫酸钙、石膏)并耗尽处理过的水的矿物质含量,这进一步使水更具腐蚀性并且更不适合饮用目的。

为了克服传统纳滤膜的选择性限制,北京大学环境科学与工程学院(CESE)的一个团队发现了一种简单的NaOH促进的界面聚合策略,该策略被提议调整钙对硫酸根离子的膜不对称选择性以降低结垢潜力,实现高水回收率。钙可以自由通过非对称选择性膜,同时充分去除硫酸盐和PFOS(图1B)。

这促进了界面聚合,减少了聚酰胺缺陷,从而获得更好的排斥率,并能够使用较低的PIP浓度。增强的聚酰胺层水解产生带更多负电荷的表面和更大的孔径以实现不对称选择性以及增强的渗透性。

透水性是商用NF270膜的2.1倍,同时表现出相当的全氟辛烷磺酸截留率(>95%)(图2A和2B)。由于钙的选择性通过(11.4±0.6%的低排斥率),该膜在模拟石膏结垢条件下的水回收率也比NF270膜多50%(图2C)。

NaOH促进的界面聚合的示例策略简单且易于扩展,这表明在受新兴污染物污染的地下水修复中具有高水回收率的巨大潜力。