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The application feasibility of graphene oxide membranes for pressure-driven desalination in a dead-end flow system
Desalination ( IF 9.9 ) Pub Date : 2020-03-01 , DOI: 10.1016/j.desal.2019.114271
Ruirui Hu , Guoke Zhao , Yijia He , Hongwei Zhu

Abstract Graphene oxide (GO) membranes have been demonstrated to possess promising prospects in pressure-driven desalination, in which the desalting performance is generally investigated in a dead-end flow system by following the test procedure for polymers. However, there exists a blind zone in desalination test whether the as-reported “retention” is reliable, as there is no experimental evidence to support that the stable salt rejection has been achieved. On this basis, for the first time, we investigated the long-term desalting performance of GO membranes on five different salts, including Na2SO4, NaCl, KCl, MgSO4, and MgCl2, in a conventional dead-end flow device by following the two typical experiment processes for GO membranes. Surprisingly, it was found that the salt rejection of GO membranes dropped down to 0 with the prolongation of testing time. The result indicated that GO membranes were not capable of rejecting salts steadily under pressure-driven conditions. The “salt rejection” in present reports, is only the initial highest value based on their test method. In this study, the underlying mechanism was also elucidated. With extending test time, the metal cations in salt solution would be gradually adsorbed on GO membranes, which shields the negative surface potential, thus leading to the loss of desalination performance. This finding not only rationalizes the challenge of GO membranes in pressure-driven desalination in a dead-end flow system but also prompts us to reassess the feasibility of GO membranes in desalination applications based on Donnan exclusion.

中文翻译:

氧化石墨烯膜在死端流系统压力驱动脱盐中的应用可行性

摘要 氧化石墨烯 (GO) 膜已被证明在压力驱动脱盐中具有广阔的前景,其中通常通过遵循聚合物的测试程序在死端流动系统中研究脱盐性能。然而,在脱盐测试中存在一个盲区,即所报告的“保留”是否可靠,因为没有实验证据支持已经实现了稳定的脱盐率。在此基础上,我们首次在常规的死端流动装置中,通过遵循两种典型的方法,研究了 GO 膜对 Na2SO4、NaCl、KCl、MgSO4 和 MgCl2 五种不同盐类的长期脱盐性能。 GO膜的实验过程。出奇,发现随着测试时间的延长,GO膜的脱盐率下降到0。结果表明,GO 膜在压力驱动条件下不能稳定地排斥盐分。本报告中的“脱盐率”只是基于其测试方法的初始最高值。在这项研究中,还阐明了潜在的机制。随着测试时间的延长,盐溶液中的金属阳离子会逐渐吸附在 GO 膜上,屏蔽负表面电位,从而导致脱盐性能下降。这一发现不仅使 GO 膜在死端流动系统中的压力驱动脱盐中面临的挑战合理化,而且促使我们重新评估 GO 膜在基于唐南排除法的脱盐应用中的可行性。结果表明,GO 膜在压力驱动条件下不能稳定地排斥盐分。本报告中的“脱盐率”只是基于其测试方法的初始最高值。在这项研究中,还阐明了潜在的机制。随着测试时间的延长,盐溶液中的金属阳离子会逐渐吸附在 GO 膜上,屏蔽负表面电位,从而导致脱盐性能下降。这一发现不仅使 GO 膜在死端流动系统中的压力驱动脱盐中面临的挑战合理化,而且促使我们重新评估 GO 膜在基于唐南排除法的脱盐应用中的可行性。结果表明,GO 膜在压力驱动条件下不能稳定地排斥盐分。本报告中的“脱盐率”只是基于其测试方法的初始最高值。在这项研究中,还阐明了潜在的机制。随着测试时间的延长,盐溶液中的金属阳离子会逐渐吸附在 GO 膜上,屏蔽负表面电位,从而导致脱盐性能下降。这一发现不仅使 GO 膜在死端流动系统中的压力驱动脱盐中面临的挑战合理化,而且促使我们重新评估 GO 膜在基于唐南排除法的脱盐应用中的可行性。本报告中的“脱盐率”只是基于其测试方法的初始最高值。在这项研究中,还阐明了潜在的机制。随着测试时间的延长,盐溶液中的金属阳离子会逐渐吸附在 GO 膜上,屏蔽负表面电位,从而导致脱盐性能下降。这一发现不仅使 GO 膜在死端流动系统中的压力驱动脱盐中面临的挑战合理化,而且促使我们重新评估 GO 膜在基于唐南排除法的脱盐应用中的可行性。本报告中的“脱盐率”只是基于其测试方法的初始最高值。在这项研究中,还阐明了潜在的机制。随着测试时间的延长,盐溶液中的金属阳离子会逐渐吸附在 GO 膜上,屏蔽负表面电位,从而导致脱盐性能下降。这一发现不仅使 GO 膜在死端流动系统中的压力驱动脱盐中面临的挑战合理化,而且促使我们重新评估 GO 膜在基于唐南排除法的脱盐应用中的可行性。这屏蔽了负的表面电位,从而导致脱盐性能的损失。这一发现不仅使 GO 膜在死端流动系统中的压力驱动脱盐中面临的挑战合理化,而且促使我们重新评估 GO 膜在基于唐南排除法的脱盐应用中的可行性。这屏蔽了负的表面电位,从而导致脱盐性能的损失。这一发现不仅使 GO 膜在死端流动系统中的压力驱动脱盐中面临的挑战合理化,而且促使我们重新评估 GO 膜在基于唐南排除法的脱盐应用中的可行性。
更新日期:2020-03-01
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