Abstract Polyethersulfone (PES)/sulfonated polysulfone (SPSf)/TiO2 mixed matrix membranes (MMMs) were fabricated using non-solvent induced phase inversion (NIPS) technique for oil-in-water emulsion separation. The performance of the membrane was tailored by tuning the morphology through the addition of TiO2 nanoparticles (NPs) (0.05–0.15 wt %) and by varying the polymer concentrations (18–28 wt). The optimum concentration of TiO2 was found to be 0.075 wt %), where the water permeability and solute rejection trade-off neutralised. In this membrane the polymer concentration was 22 wt %. In terms of performance, the membrane had pure water permeance of 555.2 LMH bar-1, 90% oil rejection and 89.5% permeance recovery rate (PRR) at an initial concentration of 900 ppm. The surface porosity was 13.1%. Molecular dynamic (MD) simulations and spectroscopic analyses proved that the NPs formed hydrogen bonds with the polymer chains. This resulted in two effects with ripple impacts: a) slowed movement of polymer chains or slow solid-liquid phase separation, leading to the MMMs with the thicker top layer and high surface porosity, and b) stable and even distribution of NPs within the framework as observed with elemental mapping. Accordingly, the MMMs obtained desired asymmetric features corresponded to their overall superior performance. In conclusion, small concentrations of TiO2 NPs can be used to successfully modify morphology and separation performance of membranes used for oil-in-water emulsion filtration.

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调整聚醚砜/磺化聚砜超滤膜的形态，使用 TiO2 纳米粒子高效分离水包油乳液

摘要 采用非溶剂诱导相转化（NIPS）技术制备了用于水包油乳液分离的聚醚砜（PES）/磺化聚砜（SPSf）/TiO2混合基质膜（MMM）。通过添加 TiO2 纳米粒子 (NPs)（0.05-0.15 重量％）和改变聚合物浓度（18-28 重量％）来调整形态，从而调整膜的性能。发现 TiO2 的最佳浓度为 0.075 重量％，其中水渗透性和溶质排除权衡中和。在该膜中，聚合物浓度为22重量%。在性能方面，该膜在 900 ppm 的初始浓度下具有 555.2 LMH bar-1 的纯水渗透率、90% 的油截留率和 89.5% 的渗透回收率 (PRR)。表面孔隙率为13.1%。分子动力学 (MD) 模拟和光谱分析证明纳米颗粒与聚合物链形成氢键。这导致了两种涟漪效应：a) 聚合物链的运动减慢或固液相分离缓慢，导致 MMMs 具有更厚的顶层和高表面孔隙率，以及 b) NPs 在框架内的稳定和均匀分布正如元素映射所观察到的那样。因此，MMM 获得了与其整体优越性能相对应的所需非对称特征。总之，小浓度的 TiO2 NPs 可用于成功地改变用于水包油乳液过滤的膜的形态和分离性能。a) 聚合物链的运动减慢或固液相分离缓慢，导致 MMMs 具有更厚的顶层和高表面孔隙率，以及 b) NPs 在框架内的稳定和均匀分布，如元素映射所观察到的。因此，MMM 获得了与其整体优越性能相对应的所需非对称特征。总之，小浓度的 TiO2 NPs 可用于成功地改变用于水包油乳液过滤的膜的形态和分离性能。a) 聚合物链的运动减慢或固液相分离缓慢，导致 MMMs 具有更厚的顶层和高表面孔隙率，以及 b) NPs 在框架内的稳定和均匀分布，如元素映射所观察到的。因此，MMM 获得了与其整体优越性能相对应的所需非对称特征。总之，小浓度的 TiO2 NPs 可用于成功地改变用于水包油乳液过滤的膜的形态和分离性能。MMM 获得了所需的不对称特征，这与其整体优越的性能相对应。总之，小浓度的 TiO2 NPs 可用于成功地改变用于水包油乳液过滤的膜的形态和分离性能。MMM 获得了所需的不对称特征，这与其整体优越的性能相对应。总之，小浓度的 TiO2 NPs 可用于成功地改变用于水包油乳液过滤的膜的形态和分离性能。