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Relating Organic Fouling in Membrane Distillation to Intermolecular Adhesion Forces and Interfacial Surface Energies
Environmental Science & Technology ( IF 10.8 ) Pub Date : 2018-12-06 , DOI: 10.1021/acs.est.8b05768 Chanhee Boo 1, 2 , Seungkwan Hong 3 , Menachem Elimelech 2
Environmental Science & Technology ( IF 10.8 ) Pub Date : 2018-12-06 , DOI: 10.1021/acs.est.8b05768 Chanhee Boo 1, 2 , Seungkwan Hong 3 , Menachem Elimelech 2
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This study investigates the fouling mechanisms in membrane distillation, focusing on the impact of foulant type and membrane surface chemistry. Interaction forces between a surface-functionalized particle probe simulating a range of organic foulants and model surfaces, modified with different surface energy materials, were measured by atomic force microscopy. The measured interaction forces were compared to those calculated based on the experimentally determined surface energy components of the particle probe, model surface, and medium (i.e., water). Surfaces with low interfacial energy exhibited high attractive interaction forces with organic foulants, implying a higher fouling potential. In contrast, hydrophilic surfaces (i.e., surfaces with high interfacial energy) showed the lowest attractive forces with all types of foulants. We further performed fouling experiments with alginate, humic acid, and mineral oil in direct contact membrane distillation using polyvinylidene fluoride membranes modified with various materials to control membrane surface energy. The observed fouling behavior was compared to the interaction force data to better understand the underlying fouling mechanisms. A remarkable correlation was obtained between the evaluated interaction force data and the fouling behavior of the membranes with different surface energy. Membranes with low surface energy were fouled by hydrophobic, low surface tension foulants via “attractive” and subsequent “adsorptive” interaction mechanisms. Furthermore, such membranes have a higher fouling potential than membranes with high or ultralow surface energy.
中文翻译：
膜蒸馏中的有机污垢与分子间粘附力和界面表面能的关系
这项研究调查了膜蒸馏中的结垢机理，重点研究了结垢类型和膜表面化学的影响。通过原子力显微镜测量了模拟一系列有机污垢物的表面功能化颗粒探针与模型表面之间的相互作用力，并用不同的表面能材料对其进行了修饰。将测得的相互作用力与根据实验确定的粒子探针，模型表面和介质（即水）的表面能分量计算得出的相互作用力进行比较。具有低界面能的表面表现出与有机污垢物的高吸引力相互作用力，这意味着更高的污垢潜力。相反，亲水性表面（即具有高界面能的表面）在所有类型的污垢物中显示出最低的吸引力。我们进一步进行了藻酸盐，腐殖酸和矿物油在直接接触膜蒸馏中的结垢实验，该实验使用经各种材料改性的聚偏二氟乙烯膜来控制膜表面能。将观察到的结垢行为与相互作用力数据进行比较，以更好地了解潜在的结垢机理。在评估的相互作用力数据和具有不同表面能的膜的结垢行为之间获得了显着的相关性。具有低表面能的膜通过“吸引”和随后的“吸附”相互作用机制被疏水性，低表面张力的污垢物污染。此外，这种膜比具有高或超低表面能的膜具有更高的结垢潜力。矿物油和直接接触膜蒸馏，使用经各种材料改性的聚偏二氟乙烯膜来控制膜表面能。将观察到的结垢行为与相互作用力数据进行比较，以更好地了解潜在的结垢机理。在评估的相互作用力数据和具有不同表面能的膜的结垢行为之间获得了显着的相关性。具有低表面能的膜通过“吸引”和随后的“吸附”相互作用机制被疏水性，低表面张力的污垢物污染。此外，这种膜比具有高或超低表面能的膜具有更高的结垢潜力。矿物油和直接接触膜蒸馏，使用经各种材料改性的聚偏二氟乙烯膜来控制膜表面能。将观察到的结垢行为与相互作用力数据进行比较，以更好地了解潜在的结垢机理。在评估的相互作用力数据与具有不同表面能的膜的结垢行为之间获得了显着的相关性。具有低表面能的膜通过“吸引”和随后的“吸附”相互作用机制被疏水性，低表面张力的污垢污染。此外，这种膜比具有高或超低表面能的膜具有更高的结垢潜力。
更新日期：2018-12-07
中文翻译：
膜蒸馏中的有机污垢与分子间粘附力和界面表面能的关系
这项研究调查了膜蒸馏中的结垢机理，重点研究了结垢类型和膜表面化学的影响。通过原子力显微镜测量了模拟一系列有机污垢物的表面功能化颗粒探针与模型表面之间的相互作用力，并用不同的表面能材料对其进行了修饰。将测得的相互作用力与根据实验确定的粒子探针，模型表面和介质（即水）的表面能分量计算得出的相互作用力进行比较。具有低界面能的表面表现出与有机污垢物的高吸引力相互作用力，这意味着更高的污垢潜力。相反，亲水性表面（即具有高界面能的表面）在所有类型的污垢物中显示出最低的吸引力。我们进一步进行了藻酸盐，腐殖酸和矿物油在直接接触膜蒸馏中的结垢实验，该实验使用经各种材料改性的聚偏二氟乙烯膜来控制膜表面能。将观察到的结垢行为与相互作用力数据进行比较，以更好地了解潜在的结垢机理。在评估的相互作用力数据和具有不同表面能的膜的结垢行为之间获得了显着的相关性。具有低表面能的膜通过“吸引”和随后的“吸附”相互作用机制被疏水性，低表面张力的污垢物污染。此外，这种膜比具有高或超低表面能的膜具有更高的结垢潜力。矿物油和直接接触膜蒸馏，使用经各种材料改性的聚偏二氟乙烯膜来控制膜表面能。将观察到的结垢行为与相互作用力数据进行比较，以更好地了解潜在的结垢机理。在评估的相互作用力数据和具有不同表面能的膜的结垢行为之间获得了显着的相关性。具有低表面能的膜通过“吸引”和随后的“吸附”相互作用机制被疏水性，低表面张力的污垢物污染。此外，这种膜比具有高或超低表面能的膜具有更高的结垢潜力。矿物油和直接接触膜蒸馏，使用经各种材料改性的聚偏二氟乙烯膜来控制膜表面能。将观察到的结垢行为与相互作用力数据进行比较，以更好地了解潜在的结垢机理。在评估的相互作用力数据与具有不同表面能的膜的结垢行为之间获得了显着的相关性。具有低表面能的膜通过“吸引”和随后的“吸附”相互作用机制被疏水性，低表面张力的污垢污染。此外，这种膜比具有高或超低表面能的膜具有更高的结垢潜力。
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