Preparation and Performance of Turing Structured Polybenzimidazole Solvent-resistant Nanofiltration Membrane

doi:10.7503/cjcu20220705

Abstract

Abstract:

Polybenzimidazole（PBI） was used as raw material to prepare nanofiltration membrane with turing structure by coordination induced phase inversion method in this paper. The morphology of turing membrane was controlled by changing the content of polymer. The nanofiltration performance of turing membrane was investigated and the stability of turing membrane in organic solvents was tested. The surface morphology and structure of the prepared Turing films were characterized by optical microscopy（OM）， scanning electron microscopy（SEM） and Fourier transform infrared spectroscopy（FTIR）. For the first time， the Turing membrane prepared by coordination induced phase inversion method was used in solvent resistant nanofiltration. The results showed that the turing membrane exhibited excellent nanofiltration performance and good solvent resistance. The rejection of rose red（RB）， bromothymol blue（BTB） and methylene blue（MB） could reach more than 99%. In the strong polar solvent N，N- dimethylformamide（DMF）， when the filtration time was up to 40 h， the retention rate of RB was still above 86.66%， showing a good application prospect in solvent resistant nanofiltration.

Key words: Turing structure, Polybenzimidazole, Solvent-resistant nanofiltration

CLC Number:

O635

TrendMD:

SHANG Erhui, CHEN Huiling, HE Miaomiao, ZHOU Xinlai, CHEN Dongju. Preparation and Performance of Turing Structured Polybenzimidazole Solvent-resistant Nanofiltration Membrane[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2023, 44(6): 20220705.

Figures/Tables 11

Table 1 Parameters of the solvents

Solvent	Molar weight	Surface tension/（mN·m^-1）	Viscosity/（mPa·s）	Density/（g·cm^-3）
IPA	60.0	21.0	2.00	0.785
Ethanol	46.0	22.0	1.10	0.790
Acetone	58.1	23.3	0.46	0.791
THF	72.1	28.8	0.55	0.890
DMF	73.1	25.8	0.80	0.947
DMAc	87.1	25.3	0.92	0.937
NMP	99.1	33.7	1.65	1.020

Table 2 Structure, charge and molar weight of the dyes

Dye	Charge	Molar weight
Rose Bengale（RB）	-	1017.0
Bromothymol blue（BTB）	0	624.39
Methylene Blue（MB）	+	374.00

Table 3 Stability of membranes in different solvents

Membrane	IPA	Ethanol	Acetone	THF	DMF	DMAc	NMP
M⁃12.0	-	-	-	+	+	+	+
T⁃12.0⁃0.5	-	-	-	-	-	+	+
M⁃15.0	-	-	-	$×$	+	+	+
T⁃15.0⁃0.5	-	-	-	-	-	-	$×$
M⁃17.5	-	-	-	$×$	+	+	+
M⁃17.5⁃0.5	-	-	-	-	-	-	$×$

Table 3 Stability of membranes in different solvents

Membrane	IPA	Ethanol	Acetone	THF	DMF	DMAc	NMP
M⁃12.0	-	-	-	+	+	+	+
T⁃12.0⁃0.5	-	-	-	-	-	+	+
M⁃15.0	-	-	-	$×$	+	+	+
T⁃15.0⁃0.5	-	-	-	-	-	-	$×$
M⁃17.5	-	-	-	$×$	+	+	+
M⁃17.5⁃0.5	-	-	-	-	-	-	$×$

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