選択的イオン分離のための双極子双極子相互作用によって誘導される調整可能な表面電荷を持つポリアミド膜

ナノフィルトレーション（NF）は、資源回復と円形の水経済に必要な、サブナノメータースケールで正確なイオン分離を達成する可能性があります。選択的イオン分離のためにNF膜を製造することは非常に望ましいが、実質的な技術的課題を表している。双極子双極子の相互作用は、不均一な電荷分布のために双極子モーメントを持つ極分子間の分子間魅力のメカニズムですが、そのような相互作用は膜構造と選択性を調整するために活用されていません。本明細書では、塩化トリメール塩化物（TMC）の双極子型相互作用と双極子双極子相互作用が界面重合中に大きな双極子モーメントを持つ極性溶媒を導入することにより、ポリアミド膜の調整可能な表面電荷を達成するための新しい戦略を提案します。ポリアミド選択層の表面カルボキシル基の密度を変化させるための環境反応。その結果、調製された積極的に帯電した（PEI-TMC）-NH2および負に帯電した（PEI-TMC）-COOH複合膜は、同様に高い水透過性を示し、それぞれ工学用途における陽イオンと陰イオンの非常に選択的な分離を示します。我々の発見は、溶媒誘発性双極子双極子相互作用がポリアミド膜の電荷タイプと密度を変化させ、選択的で効率的なイオン分離のために調整可能な表面電荷を達成できることを初めて確認します。

Nanofiltration (NF) has the potential to achieve precise ion-ion separation at the subnanometer scale, which is necessary for resource recovery and a circular water economy. Fabricating NF membranes for selective ion separation is highly desirable but represents a substantial technical challenge. Dipole-dipole interaction is a mechanism of intermolecular attractions between polar molecules with a dipole moment due to uneven charge distribution, but such an interaction has not been leveraged to tune membrane structure and selectivity. Herein, we propose a novel strategy to achieve tunable surface charge of polyamide membrane by introducing polar solvent with a large dipole moment during interfacial polymerization, in which the dipole-dipole interaction with acyl chloride groups of trimesoyl chloride (TMC) can successfully intervene in the amidation reaction to alter the density of surface carboxyl groups in the polyamide selective layer. As a result, the prepared positively charged (PEI-TMC)-NH2 and negatively charged (PEI-TMC)-COOH composite membranes, which show similarly high water permeance, demonstrate highly selective separations of cations and anions in engineering applications, respectively. Our findings, for the first time, confirm that solvent-induced dipole-dipole interactions are able to alter the charge type and density of polyamide membranes and achieve tunable surface charge for selective and efficient ion separation.