Abstract Fouling remains a major challenge for the longevity of filtration membranes and their application in membrane-based treatment facilities. Polymers, such as polysulfone (Psf) and polyamide (PA) that are used as commercial and laboratory ultrafiltration and nanofiltration membranes, are prone to severe fouling over the course of their lifetime. In this study, polyethersulfone (PES) membranes were coated with two-dimensional nanomaterials, including graphene oxide (GO), reduced graphene oxide (rGO), and molybdenum disulfide (MoS2). The effect of the nanosheets on the pressure-driven water transport and antifouling performance of the modified membranes was investigated in terms of water permeability, initial flux decline under simulated fouling condition, and flux recovery ratio (FRR). The GO functionalized membrane significantly impedes water transport due to the side-pinning effect of functional groups. 32% reduction in C–O and 35% reduction in overall oxygen content of GO by reducing thermally it to rGO, restored the permeability by 300%. However, despite the higher initial water flux, the rGO functionalized membranes were still more prone to fouling than GO due to the increase in hydrophobicity. Conversely, MoS2 nanosheets with no functional groups offer a frictionless water flow through nanochannels. The smooth MoS2/PES membrane showed better antifouling performance than both the GO and rGO functionalized membranes while providing 3.7 times faster water transport.

中文翻译：

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二维纳米材料层压膜的压力驱动输水行为及防污性能

摘要 污染仍然是过滤膜寿命及其在膜处理设施中应用的主要挑战。聚合物，例如用作商业和实验室超滤和纳滤膜的聚砜 (Psf) 和聚酰胺 (PA)，在其使用寿命期间容易发生严重污染。在这项研究中，聚醚砜 (PES) 膜涂有二维纳米材料，包括氧化石墨烯 (GO)、还原氧化石墨烯 (rGO) 和二硫化钼 (MoS2)。从透水性、模拟污染条件下的初始通量下降和通量恢复率 (FRR) 方面研究了纳米片对压力驱动的水传输和改性膜的防污性能的影响。由于官能团的侧钉效应，GO 功能化膜显着阻碍了水的传输。通过将 GO 热还原为 rGO，C-O 减少 32%，总氧含量减少 35%，使渗透性恢复 300%。然而，尽管初始水通量较高，但由于疏水性增加，rGO 功能化膜仍然比 GO 更容易结垢。相反，没有官能团的二硫化钼纳米片提供无摩擦的水流通过纳米通道。光滑的 MoS2/PES 膜显示出比 GO 和 rGO 功能化膜更好的防污性能，同时提供 3.7 倍的水传输速度。通过将 GO 热还原为 rGO，C-O 减少 32%，总氧含量减少 35%，使渗透性恢复 300%。然而，尽管初始水通量较高，但由于疏水性增加，rGO 功能化膜仍然比 GO 更容易结垢。相反，没有官能团的二硫化钼纳米片提供无摩擦的水流通过纳米通道。光滑的 MoS2/PES 膜显示出比 GO 和 rGO 功能化膜更好的防污性能，同时提供 3.7 倍的水传输速度。通过将 GO 热还原为 rGO，C-O 减少 32%，总氧含量减少 35%，使渗透性恢复 300%。然而，尽管初始水通量较高，但由于疏水性增加，rGO 功能化膜仍然比 GO 更容易结垢。相反，没有官能团的二硫化钼纳米片提供无摩擦的水流通过纳米通道。光滑的 MoS2/PES 膜显示出比 GO 和 rGO 功能化膜更好的防污性能，同时提供 3.7 倍的水传输速度。没有官能团的二硫化钼纳米片提供无摩擦的水流通过纳米通道。光滑的 MoS2/PES 膜显示出比 GO 和 rGO 功能化膜更好的防污性能，同时提供 3.7 倍的水传输速度。没有官能团的二硫化钼纳米片提供无摩擦的水流通过纳米通道。光滑的 MoS2/PES 膜显示出比 GO 和 rGO 功能化膜更好的防污性能，同时提供 3.7 倍的水传输速度。