Improved characterization techniques, which address knowledge gaps related to the interfacial processes that govern solute–solute selectivity and the performance of membranes in complex multi-component feed streams, are necessary to advance membrane processes. In this study, guided by the tools of data science, a diafiltration apparatus is developed to inform material and process design by rapidly characterizing membrane performance over a broad range of feed solution compositions. The apparatus doses a fixed-concentration diafiltrate solution into a stirred cell to achieve a predetermined change in the retentate concentration. Here, using an 80 mM potassium chloride (KCl) diafiltrate solution, it was shown that membrane performance, within a 5 mM to 80 mM KCl phase space, could be probed five times more quickly with one diafiltration experiment (8 h) than with an experimental campaign using traditional filtration processes (47 h). Additionally, the synergy between data analytics and instrumentation led to the incorporation of an inline conductivity probe that monitored the real-time retentate concentration. This additional information provided key insights to distinguish between the mechanisms that govern membrane separations (e.g., discriminating between adsorption or rejection based separations) and allowed for the membrane transport coefficients to be determined accurately. Ultimately, incorporating the appropriate governing phenomena identified a single set of self consistent transport parameters for commercial NF90 membranes.

改进的表征技术解决了与控制溶质-溶质选择性和复杂多组分进料流中膜性能的界面过程相关的知识空白，对于推进膜过程是必要的。在这项研究中，在数据科学工具的指导下，开发了一种渗滤装置，通过在广泛的进料溶液组成范围内快速表征膜性能，为材料和工艺设计提供信息。该设备将固定浓度的渗滤液加入搅拌池中，以实现滞留物浓度的预定变化。在这里，使用 80 mM 氯化钾 (KCl) 渗滤液溶液，显示了在 5 mM 至 80 mM KCl 相空间内的膜性能，与使用传统过滤过程的实验活动（47 小时）相比，使用渗滤实验（8 小时）可以更快地探测 5 倍。此外，数据分析和仪器之间的协同作用导致并入了一个在线电导率探头，用于监测实时滞留物浓度。这些额外的信息提供了关键的见解来区分控制膜分离的机制（例如，区分基于吸附或截留的分离）并允许准确确定膜传输系数。最终，结合适当的控制现象为商业 NF90 膜确定了一组自洽的传输参数。此外，数据分析和仪器之间的协同作用导致并入了一个在线电导率探头，用于监测实时滞留物浓度。这些额外的信息提供了关键的见解来区分控制膜分离的机制（例如，区分基于吸附或拒绝的分离）并允许准确确定膜传输系数。最终，结合适当的控制现象为商业 NF90 膜确定了一组自洽的传输参数。此外，数据分析和仪器之间的协同作用导致并入了一个在线电导率探头，用于监测实时滞留物浓度。这些额外的信息提供了关键的见解来区分控制膜分离的机制（例如，区分基于吸附或拒绝的分离）并允许准确确定膜传输系数。最终，结合适当的控制现象为商业 NF90 膜确定了一组自洽的传输参数。这些额外的信息提供了关键的见解来区分控制膜分离的机制（例如，区分基于吸附或截留的分离）并允许准确确定膜传输系数。最终，结合适当的控制现象为商业 NF90 膜确定了一组自洽的传输参数。这些额外的信息提供了关键的见解来区分控制膜分离的机制（例如，区分基于吸附或截留的分离）并允许准确确定膜传输系数。最终，结合适当的控制现象为商业 NF90 膜确定了一组自洽的传输参数。