This critical review investigates the potential for membrane distillation to desalinate high-salinity waters using low-grade heat at the water-energy nexus.

The main objective of this study is to examine how the charge densities of four monovalent anions-fluoride (F-), chloride (Cl-), bromide (Br-), and nitrate (NO3-)-influence their Donnan (charge) exclusion by a charged nanofiltration (NF) membrane. We systematically studied the rejection behavior of ternary ion solutions containing sodium cation (Na+) and two of the monovalent anions as a function of the pH with a polyamide NF membrane. In the solutions containing F- and Cl- or F- and Br-, F- rejection was higher than Cl- or Br- rejection only when the solution pH was higher than 5.5, suggesting that F- (which has a higher charge density) was repelled more strongly by the negatively charged membrane. The order of change in the activation energy for the transport of the four anions through the polyamide membrane as a response to the increase of the membrane negative charge was the following: F- > Cl- > NO3- > Br-. This order corroborates our main hypothesis that an anion with a smaller ionic radius, and hence a higher charge density, is more affected by the Donnan (charge)-exclusion mechanism in NF. We conclude with a proposed mechanism for the role of ionic charge density in the rejection of monovalent anions in NF.

Previous studies have demonstrated that a membrane coated with Pt and Au on opposing sides will pump liquid through its pores via catalytic reactions of fuels like H 2 O 2 . A membrane pore of such a catalytic membrane was studied via 2D axisymmetric modeling, which solved the Poisson-Nernst-Planck-Stokes equations in COMSOL 5.5. We used a validated model from our prior work and varied key parameters, including the pH value, pore radius, porosity, and pore length, to examine their effect on self-pumping flow rates. The results show that the self-pumping flow rate is most sensitive to pore radius and the operating pH value, followed by porosity (pore area fraction) and pore length. The trade-off between increased ionic current and increased ionic strength can be balanced by tuning these parameters, contributing to optimum self-pumping performance. A membrane with a pore radius of 5 μ m, porosity of 20%, and pore length of 10 μ m obtained an optimum membrane-average flow velocity of 2.6 μ m/s when operating under a pH 7 environment, which is an improvement of over 100% over the maximum experimentally demonstrated velocity. The results highlight the potential of utilizing catalytic reactions to manipulate liquid via membranes/microchannels without external power. Guidelines for the design of the catalytic self-pumping membrane/microchannel are proposed at the end.

This paper presents a theoretical analysis of a novel solar still system, which was previously explored through experimental studies. The experimental results demonstrate that integrating phase change material (PCM) to store latent heat from vapor condensed on sidewalls during sunlight exposure, along with the use of pulsating heat pipes (PHPs) to recover this stored energy after sunset, and cooling the condenser sidewalls with PCM, significantly boosts the system's efficiency from 23.7 % to 48.5 %. These innovative features, applied for the first time in a single-stage passive solar still, are thoroughly examined using a groundbreaking mathematical model. This model is the first to uniquely account for heat transfer and condensation on sidewalls and to accurately simulate the function of pulsating heat pipes (PHPs) within a passive solar still setup. By incorporating measured radiation intensity and ambient temperatures, the model applies an exhaustive energy balance, utilizing heat transfer correlations and resistances for precise temperature predictions of each component. This detailed analysis highlights the system's innovative aspects and identifies areas for further refinement, shedding light on potential improvements and the system's limitations. The results show a water production of 6.7931 kg/m2 and an efficiency of 52.2 %, with a discrepancy of 7.8 % compared to experimental findings. Notably, 37.6 % of the total freshwater production is derived from sidewall condensation, significantly reducing heat loss by capturing latent heat. Additionally, by reallocating 9.3 % of stored energy, the PHPs maintain the saline water temperature 6.2 degrees higher at night, thereby sustaining elevated production rates.

Abstract Integrating biocidal nanoparticles (NPs) into polyamide (PA) membranes shows promise for enhancing resistance to biofouling. Incorporating techniques can tailor thin‐film nanocomposite (TFN) membranes for specific water purification applications. In this study, silver‐based metal–organic framework Ag‐MOFs (using silver nitrate and 1,3,5‐benzentricarboxylic acid as precursors) are incorporated into PA membranes via three different methods: i) incorporation, ii) dip‐coating, and iii) in situ ultrasonic techniques. The characterizations, such as top‐surface and cross‐section scanning and transmission microscopy, reveal that the incorporation methods for the modified TFN membranes substantially control morphology and surface characteristics. For example, the in situ ultrasonically interlayered Ag‐MOFs showed the largest pores (average pore diameter of 14 Å ± 0.1), resulting in the highest water permeance (water flux of 10.9 LMH/bar for Na 2 SO 4 ). It also show superior antifouling and anti‐biofouling performance, with a flux recovery ratio (FRR) of 94.1% in both fouling tests due to its improved surface hydrophilicity and the antibacterial properties of incorporated Ag‐MOFs. Conversely, the surface‐grafted dip‐coated Ag‐MOFs offered the highest salt rejection, attributed to its highly negatively charged surface and a dense PA network with narrow pores (average pore diameter of 10 Å ± 0.06).