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High Performance Nanofiltration Membrane for Effective Removal of Perfluoroalkyl Substances at High Water Recovery
Environmental Science & Technology ( IF 10.8 ) Pub Date : 2018-06-12 , DOI: 10.1021/acs.est.8b01040 Chanhee Boo 1 , Yunkun Wang 1, 2 , Ines Zucker 1 , Youngwoo Choo 1 , Chinedum O. Osuji 1 , Menachem Elimelech 1
Environmental Science & Technology ( IF 10.8 ) Pub Date : 2018-06-12 , DOI: 10.1021/acs.est.8b01040 Chanhee Boo 1 , Yunkun Wang 1, 2 , Ines Zucker 1 , Youngwoo Choo 1 , Chinedum O. Osuji 1 , Menachem Elimelech 1
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We demonstrate the fabrication of a loose, negatively charged nanofiltration (NF) membrane with tailored selectivity for the removal of perfluoroalkyl substances with reduced scaling potential. A selective polyamide layer was fabricated on top of a poly(ether sulfone) support via interfacial polymerization of trimesoyl chloride and a mixture of piperazine and bipiperidine. Incorporating high molecular weight bipiperidine during the interfacial polymerization enables the formation of a loose, nanoporous selective layer structure. The fabricated NF membrane possessed a negative surface charge and had a pore diameter of ∼1.2 nm, much larger than a widely used commercial NF membrane (i.e., NF270 with pore diameter of ∼0.8 nm). We evaluated the performance of the fabricated NF membrane for the rejection of different salts (i.e., NaCl, CaCl2, and Na2SO4) and perfluorooctanoic acid (PFOA). The fabricated NF membrane exhibited a high retention of PFOA (∼90%) while allowing high passage of scale-forming cations (i.e., calcium). We further performed gypsum scaling experiments to demonstrate lower scaling potential of the fabricated loose porous NF membrane compared to NF membranes having a dense selective layer under solution conditions simulating high water recovery. Our results demonstrate that properly designed NF membranes are a critical component of a high recovery NF system, which provide an efficient and sustainable solution for remediation of groundwater contaminated with perfluoroalkyl substances.
中文翻译：
高效纳滤膜，可在高水回收率下有效去除全氟烷基物质
我们演示了一种松散的，带负电荷的纳滤（NF）膜的制造工艺，该膜具有定制的选择性，可去除具有降低水垢潜力的全氟烷基物质。通过偏苯三酰氯与哌嗪和联哌啶的混合物的界面聚合，在聚醚砜载体的顶部制备了选择性聚酰胺层。在界面聚合过程中掺入高分子量联哌啶能够形成疏松的纳米孔选择性层结构。制成的NF膜具有负表面电荷，孔径为〜1.2 nm，比广泛使用的商用NF膜（即孔径为〜0.8 nm的NF270）大得多。我们评估了制成的NF膜对不同盐（即NaCl，CaCl2和Na 2 SO 4）和全氟辛酸（PFOA）。制成的NF膜表现出较高的PFOA保留率（约90％），同时允许大量的水垢形成阳离子（即钙）通过。我们进一步进行了石膏结垢实验，以证明与在模拟高水回收率的溶液条件下具有致密选择层的NF膜相比，所制造的疏松多孔NF膜的结垢潜力更低。我们的结果表明，设计合理的NF膜是高回收NF系统的关键组成部分，该系统可为污染全氟烷基物质的地下水的修复提供有效而可持续的解决方案。
更新日期：2018-06-12
中文翻译：
高效纳滤膜，可在高水回收率下有效去除全氟烷基物质
我们演示了一种松散的，带负电荷的纳滤（NF）膜的制造工艺，该膜具有定制的选择性，可去除具有降低水垢潜力的全氟烷基物质。通过偏苯三酰氯与哌嗪和联哌啶的混合物的界面聚合，在聚醚砜载体的顶部制备了选择性聚酰胺层。在界面聚合过程中掺入高分子量联哌啶能够形成疏松的纳米孔选择性层结构。制成的NF膜具有负表面电荷，孔径为〜1.2 nm，比广泛使用的商用NF膜（即孔径为〜0.8 nm的NF270）大得多。我们评估了制成的NF膜对不同盐（即NaCl，CaCl2和Na 2 SO 4）和全氟辛酸（PFOA）。制成的NF膜表现出较高的PFOA保留率（约90％），同时允许大量的水垢形成阳离子（即钙）通过。我们进一步进行了石膏结垢实验，以证明与在模拟高水回收率的溶液条件下具有致密选择层的NF膜相比，所制造的疏松多孔NF膜的结垢潜力更低。我们的结果表明，设计合理的NF膜是高回收NF系统的关键组成部分，该系统可为污染全氟烷基物质的地下水的修复提供有效而可持续的解决方案。
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