Ionisationsverhalten von nanopporösen Polyamidmembranen

Die zunehmende globale Wasserknappheit erfordert hochwertige Entsalzungsmembranen, für die ein grundlegendes Verständnis der Struktur-Eigenschaft-Leistungs-Beziehungen notwendig ist. In dieser Studie bewerten wir umfassend das Ionisationsverhalten von nanopporösen Polyamid-Auswahlsschichten in hochmodernen Nanofiltrationsmembranen (NF). In diesen Filmen beeinflussen verbleibende Carbonsäuren und Amine die Permeabilität und Selektivität, indem sie Hydrophilie und ionisierbare Moleküle beisteuern, die Co-Ionen ausschließen können. Wir nutzen die Schicht-Interphasen-Polymerisation, um physikalisch und chemisch ähnliche Auswahlsschichten kontrollierter Dicke herzustellen. Anschließend demonstrieren wir ortsabhängige Ionisation von Carboxylgruppen in NF-Polyamidfilmen. Konkret ionisieren nur die oberflächlichen Carboxylgruppen bei neutralem pH-Wert, während die Ionisation im Inneren einen pH >9 erfordert. Im Gegensatz dazu verhält sich die Amin-Ionisation im gesamten Film konstant. Simulationen aus erster Prinzipien zeigen, dass die niedrige Permittivität von nanokonfiniertem Wasser das anomale Ionisationsverhalten der Carboxylgruppen antreibt. Darüber hinaus berichten wir, dass die ionisation von Carboxylgruppen im Inneren die Wasser-Salz-Permselektivität von NF-Membranen um mehr als das Vierfache verbessern könnte, was darauf hindeutet, dass die innere Ladungsdichte ein wichtiges Werkzeug zur Verbesserung der Selektivität von Polyamidmembranen sein könnte. Unsere Ergebnisse heben den Einfluss der Nanokonfination auf die Transporteigenschaften von Membranen hervor und bieten ein verbessertes grundlegendes Verständnis der Ionisation, das neuartige Membrandesigns ermöglichen könnte.