Self-standing nanofilms of polysulfone doped with sulfonated polysulfone via solvent evaporation for forward osmosis

Yuan, Haoge; Liu, Yuan Yuan; Liu, Tian-Yin; Wang, Xiaolin

doi:10.1016/j.memsci.2016.09.034

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“…Instead, nanostructures must be constructed to produce membranes that reduce or eliminate ICP . Nanofibers, carbon nanotubes, and porous carbon fibers with enhanced porosity and reduced tortuosity have been exploited as alternative supports for composite membranes to enhance osmotic water flux. − Without support, self-standing polymer thin films have a negligible ICP effect even when using highly concentrated draw solutions, whereas thick, nonporous polymer films exhibit low intrinsic water permeability. − If microporous building blocks could be rationally incorporated into a self-supportive thin film, high performances with enhanced osmotic water flux and the separation of ions/small organic molecules could be expected in the resulting membranes …”

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“…Because of their pore flexibility and missing-linker defects, the polycrystalline UIO-66 membrane exhibited the imperfect rejection of ions. , Instead, the variable functionality of UiO-66 ligands leads to chemical interactions with the polymer matrix, improving the pore rigidity and linker fixing through covalent bonds (e.g., amides and esters), complex associations (e.g., metal–ligand complexes), and weak forces (e.g., hydrogen bonding and van der Waals forces) . Recently, we demonstrated that the sulfonic groups of an ionic polymer binder called sulfonic polysulfone (sPSf) (Figure a) could form inter/intra-molecular hydrogen bonding in a polysulfone (PSf)-matrix thin film, enabling high water permeance in OPD . We hypothesize that the rational choice of UiO-66, mixed with sPSf polymer binder, creates tight polymer-MOF bindings in the resulting mixed-matrix thin film (Figure b).…”

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Metal–Organic Framework Nanocomposite Thin Films with Interfacial Bindings and Self-Standing Robustness for High Water Flux and Enhanced Ion Selectivity

et al. 2018

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Metal-organic framework (MOF)-based materials are promising candidates for a range of separation applications. However, the fabrication of self-standing MOF-based thin films remains challenging. Herein, a facile solution casting strategy is developed for fabricating UiO-66 nanocomposite thin films (UiO66TFs) with thicknesses down to ∼400 nm. Nanosizing UiO-66 and incorporating sulfonated polysulfone additives render high dispersity and interfacial bindings between MOFs and polymer matrices, so UiO66TFs are more mechanically robust and thermally stable than their pure-polymer counterparts. Enhanced microporosity with sub-nanometer pore sizes of the self-standing membranes enables the direct translation of UiO-66-based sorption and ion-sieving properties, thus increasing water flux and separation performance (NaSO rejection of 94-96%) under hydraulic pressure-driven processes and eliminating internal concentration polarization in osmotic pressure-driven processes. Enhanced separation performances are achieved with water/NaSO permselectivity of 13.5 L g and high osmotic water permeability up to 1.41 L m h bar, providing 3-fold higher water/NaSO permselectivity and 56-fold-higher water flux than polymer membranes for forward osmosis.

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Metal–Organic Framework Nanocomposite Thin Films with Interfacial Bindings and Self-Standing Robustness for High Water Flux and Enhanced Ion Selectivity

et al. 2018

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“…Neste trabalho o polímero escolhido foi a polisulfona, que possui caráter hidrofóbico, boa estabilidade mecânica, térmica e química. É um dos plásticos de engenharia mais conhecidos e utilizados para o desenvolvimento de membranas (Ahn, Chung, Pinnau, & Guiver, 2008;Yuan, Liu, Liu, & Wang, 2017). Em membranas, a utilização desse polímero é de grande interesse para aplicações de tratamento de efluentes, separação de gás, nanofiltração (NF), osmose reversa, aplicações médicas, industriais e ultrafiltração (UF) (Anadão, Sato, Wiebeck, & Valenzuela-Díaz, 2010;Botvay, Máthé, Pöppl, Rohonczy, & Kubatovics, 1999).…”

Section: Introductionunclassified

Síntese de membranas de fibra oca de Polisulfona/Alumina para o tratamento de água na presença do corante índigo blue

Silva

Araújo

Lira

et al. 2021

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Motivado pelas necessidades tecnológicas e ambientais, os processos de separação por membranas têm exibido uma grande melhora em relação às técnicas tradicionais. Estes benefícios incentivam a aplicação de separações por membranas e estimulam o desenvolvimento em processos de purificação e esterilização nas indústrias farmacêutica e alimentícia, em geral. Além disso, elas são utilizadas no tratamento de água para uso industrial ou urbano, dessalinização, separação de gases, clarificação de sucos, hemodiálise e no tratamento de efluentes. Esta última, é a aplicação que este trabalho se destina, especialmente na separação de água dos corantes têxteis, isto é, o índigo blue. Dessa forma, foram sintetizadas membranas de polisulfona na forma de fibra oca, com teores variados de alumina, para uso no tratamento de efluentes. Foram avaliadas as características morfológicas, a hidrofilicidade, as medidas de fluxo e a medida de turbidez delas. As membranas foram produzidas pelo método da inversão de fase, via extrusão a frio, imersão - precipitação. Os resultados obtidos por filtração indicam que as partículas de alumina podem aumentar o fluxo de água melhorando a hidrofilicidade da membrana. Por MEV, foi verificada uma maior quantidade de poros, de tamanhos menores, com a inserção da alumina na polisulfona. Desse modo, por meio da análise do Turbidímetro, a quantidade de partículas suspensas de índigo blue na membrana com alumina foi menor, visto que os poros destas são menores e em maior quantidade, gerando uma maior remoção do corante. Assim, com o aumento do teor de alumina, foi melhorada a separação entre a água e o corante índigo blue.

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“…A polisulfona é um polímero de engenharia caracterizado pela alta resistência térmica, oxidativa e mecânica, além de possuir excelente resistência a ácidos, bases e hidrocarbonetos [1][2][3]. As características deste polímero despertaram interesse para aplicação em membranas no intuito de tratar efluentes, separação de gás, nanofiltração, ultrafiltração, entre outros [4], já que esse método de separação por membranas destaca-se, em relação aos métodos tradicionais, por apresentar baixo consumo de energia, maior eficiência, processamento com etapas reduzidas e produto final de qualidade [5].…”

Section: Introductionunclassified

Membranas de polisulfona/argila: influência de diferentes argilas na propriedade de barreira

et al. 2018

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RESUMO Neste trabalho, membranas de polisulfona com adição de 3% em massa de argila montmorilonita natural, sódica e lítio, oriundas do estado da Paraíba, foram desenvolvidas pelo método de inversão de fases. Utilizou-se o N-metil-2 pirrolidona (NMP) como solvente na proporção de 80% e 20% de sólido. As argilas e membranas foram caracterizadas por difração de raios-X (DRX) e espectroscopia na região do infravermelho com transformada de Fourier (FTIR). Além disso, as membranas foram estudadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV), porosidade e permeação a vapor d'água, a fim de se estudar seu comportamento para aplicação na separação de gás. Os DRX das argilas evidenciaram bandas de cristalinidade características de montmorilonita. Os difratogramas de DRX das membranas indicaram que possivelmente ocorreu a formação de uma estrutura intercalado/esfoliado devido à ausência das bandas referentes às argilas. Por FTIR das argilas foi visualizado as mesmas bandas características da montmorilonita, diferenciando pelos cátions que foram trocados na estrutura. O FTIR das membranas apresentaram bandas características da polisulfona, e para os híbridos estas bandas podem ser também das argilas por apresentarem as mesmas faixas de número de onda. As fotomicrografias de MEV evidenciaram a formação de uma camada densa na pele filtrante e na parte inferior foi observada uma estrutura de fingers que pode ter influenciado na permeação. O ensaio de porosidade indicou que a presença de argila na membrana reduziu a quantidade de poros e o ensaio de permeação a vapor d'água ilustrou que houve uma diminuição da permeação com a adição de argila em comparação com a membrana de polisulfona pura. A membrana aditivada de argila com lítio apresentou uma redução da permeação a vapor d'água em 53%, indicando melhores propriedades de barreira.

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Self-standing nanofilms of polysulfone doped with sulfonated polysulfone via solvent evaporation for forward osmosis

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Metal–Organic Framework Nanocomposite Thin Films with Interfacial Bindings and Self-Standing Robustness for High Water Flux and Enhanced Ion Selectivity

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Síntese de membranas de fibra oca de Polisulfona/Alumina para o tratamento de água na presença do corante índigo blue

Membranas de polisulfona/argila: influência de diferentes argilas na propriedade de barreira

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