Abstract Poly(ϵ‐caprolactone) (PCL)/layered double hydroxide (LDH) nanocomposites were prepared successfully via simple solution intercalation. The nonisothermal melt crystallization kinetics of neat PCL and its LDH nanocomposites was investigated with the Ozawa, Avrami, and combined Avrami–Ozawa methods. The Ozawa method failed to describe the crystallization kinetics of the studied systems. The Avrami method was found to be useful for describing the nonisothermal crystallization behavior, but the parameters in this method do not have explicit meaning for nonisothermal crystallization. The combined Avrami–Ozawa method explained the nonisothermal crystallization behavior of PCL and its LDH nanocomposites effectively. The kinetic results and polarized optical microscopy observations indicated that the addition of LDH could affect the mechanism of nucleation and growth of the PCL matrix. The Takhor model was used to analyze the activation energies of nonisothermal crystallization. © 2010 Wiley Periodicals, Inc. J Appl Polym Sci, 2010

Membrane separation properties are constrained by a tradeoff relationship between permeability and selectivity. This tradeoff relationship has been well established for gas separation membranes in the form of the Robeson's upper bound. In contrast, the upper bound relationship is much less established for thin-film composite (TFC) polyamide membranes used for desalination. In this work, we analyzed the tradeoff between the water permeance and the water/NaCl selectivity for TFC membranes gathered from more than 300 published papers. A clear upper bound behavior relationship is established, and the various effects of membrane synthesis conditions and modifications are reviewed in relation to this permeance-selectivity tradeoff. Our work provides a critical tool for the evaluation and benchmarking of future membrane development works in the context of desalination and water reuse.

Recycling water from municipal wastewater offers a reliable and sustainable solution to cities and regions facing shortage of water supply. Places including California and Singapore have developed advanced water reuse programs as an integral part of their water management strategy. Membrane technology, particularly reverse osmosis, has been playing a key role in producing high quality recycled water. This feature paper highlights the current status and future perspectives of advanced membrane processes to meet potable water reuse. Recent advances in membrane materials and process configurations are presented and opportunities and challenges are identified in the context of water reuse.

Conventional thin-film composite (TFC) membranes suffer from the trade-off relationship between permeability and selectivity, known as the "upper bound". In this work, we report a high performance thin-film composite membrane prepared on a tannic acid (TA)-Fe nanoscaffold (TFCn) to overcome such upper bound. Specifically, a TA-Fe nanoscaffold was first coated onto a polysulfone substrate, followed by performing an interfacial polymerization reaction between trimesoyl chloride (TMC) and piperazine (PIP). The TA-Fe nanoscaffold enhanced the uptake of amine monomers and provided a platform for their controlled release. The smaller surface pore size of the TA-Fe coated substrate further eliminated the intrusion of polyamide into the substrate pores. The resulting membrane TFCn showed a water permeability of 19.6 ± 0.5 L m2– h–1 bar–1, which was an order of magnitude higher than that of control TFC membrane (2.2 ± 0.3 L m–2 h–1 bar–1). The formation of a more order polyamide rejection layer also significantly enhanced salt rejection (e.g., NaCl, MgCl2, Na2SO4, and MgSO4) and divalent to monovalent ion selectivity (e.g., NaCl/MgSO4). Compared to conventional TFC nanofiltration membranes, the novel TFCn membrane successfully overcame the longstanding permeability and selectivity trade-off. The current work paves a new avenue for fabricating high performance TFC membranes.

Recent studies have documented the existence of discrete voids in the thin polyamide selective layer of composite reverse osmosis membranes. Here we present compelling evidence that these nanovoids are formed by nanosized gas bubbles generated during the interfacial polymerization process. Different strategies were used to enhance or eliminate these nanobubbles in the thin polyamide film layer to tune its morphology and separation properties. Nanobubbles can endow the membrane with a foamed structure within the polyamide rejection layer that is approximately 100 nm in thickness. Simple nanofoaming methods, such as bicarbonate addition and ultrasound application, can result in a remarkable improvement in both membrane water permeability and salt rejection, thus overcoming the long-standing permeability–selectivity trade-off of desalination membranes.

Thin-film nanocomposite (TFN) membranes have been widely studied over the past decade for their desalination applications. For some cases, the incorporation of nonporous hydrophilic nanofillers has been reported to greatly enhance membrane separation performance, yet the underlying mechanism is poorly understood. The current study systematically investigates TFN membranes incorporated with silver nanoparticles (AgNPs). For the first time, we reveal the formation of nanochannels of approximately 2.5 nm in size around the AgNPs, which can be attributed to the hydrolysis of trimesoyl chloride monomers and thus the termination of interfacial polymerization by the water layer around each hydrophilic nanoparticle. These nanochannels nearly tripled the membrane water permeability for the optimal membrane. In addition, this membrane showed increased rejection against NaCl, boron, and a set of small-molecular organic compounds (e.g., propylparaben, norfloxacin, and ofloxacin), thanks to its combined effects of improved size exclusion, enhanced Donnan exclusion, and suppressed hydrophobic interaction. Our work provides fundamental insights into the formation and transport mechanisms involved in solid-filler incorporated TFN membranes. Future studies should take advantage of this spontaneous nanochannel formation in the design of TFN to overcome the classical membrane permeability–selectivity trade-off.

We report a facile method for the antimicrobial modification of a thin-film composite polyamide reverse osmosis (RO) membrane. The membrane surface was first coated with polydopamine (PDA), whose reducing catechol groups subsequently immobilized silver ions in situ to form uniformly dispersed silver nanoparticles (AgNPs) inside the coating layer. Agglomeration of AgNPs was not observed despite a high silver loading of 13.3 ± 0.3 μg/cm(2) (corresponding to a surface coverage of 18.5% by the nanoparticles). Both diffusion inhibition zone tests and colony formation unit tests showed clear antimicrobial effects of the silver loaded membranes on model bacteria Bacillus subtilis and Escherichia coli. Furthermore, the silver immobilized membrane had significantly enhanced salt rejection compared to the control PDA coated membrane, which is attributed to the preferential formation of AgNPs at defect sides within the PDA layer. This self-healing mechanism can be used to prepare antimicrobial RO membranes with improved salt rejection without scarifying the membrane permeability, which provides a new dimension for membrane surface modification.