Development of ultrafast and selective nanofiltration membranes for viscous green solvents, such as isopropyl alcohol (IPA), is a big challenge in the fine chemical, food, and pharmaceutical industries. However, all existing nanofiltration membranes, including polymers, have been critically limited by low solvent permeance and low selectivity for solute molecules with a nanoscale feature dimension. This might be attributed to narrow channel structures and strong interaction between membrane materials and viscous green solvents. Herein, we significantly enhanced the nanofiltration performance with IPA by using turbostratic nanoporous carbon sheet membrane. Sharp separation of viscous alcohol and molecules smaller than 600 Da from larger molecules (molecular weight cut-off: 600 Da) was achieved by using the developed membrane with ultrafast IPA permeance of ~1800 L m-2 h-1 bar-1. The membrane performance far exceeds the upper bound of exiting nanofiltration membranes, as reflected by the IPA permeance being two orders greater than those for commercially available membranes, sustaining high rejection rates for sub-nanometer size molecules.
아이소프로필 알코올과 같은 점성 친환경 용매를 위한 초고속 및 선택적 나노여과막의 개발은 정밀화학, 식품 및 제약 산업에서 큰 과제이다. 하지만, 고분자 분리막을 포함한 기존의 나노여과막은 투과도 및 선택성이 낮기 때문에 그 사용성이 매우 제한적이다. 이는 채널의 좁은 구조와 분리막 재료와 용매간 강한 상호작용 때문인 것으로 예상된다. 본 연구에서는 터보스트래틱 나노다공성 탄소 시트를 이용해 아이소프로필 알코올의 나노여과 성능을 크게 향상시켰다. 이 분리막은 용매 분자와 600 Da 미만의 분자를 600 Da 이상의 분자로부터 정밀하게 분리해냄과 동시에 1800 L m-2 h-1 bar-1의 초고속 아이소프로필 투과도를 보여주었다. 본 연구 성능은 기존 아이소프로필 알코올용 나노여과막 성능의 상한선을 뛰어넘었으며, 특히 투과도의 경우 기존 대비 100배 이상의 성능을 보여주었다.
