Chapter 4
Functional Properties of Nanoporous
Membranes for the Desalination of Water
Jananisree Ganesan, Madhangi Priyadharshini Gandhi,
Maheswari Nagendran, Bin Li, Vaishakh Nair,
and Padmanaban Velayudhaperumal Chellam
Contents
4.1
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
4.2
Evolution of Desalinating Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
4.2.1 Multi-effect Distillation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
4.2.2 Multistage Flash . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . 134
4.2.3 Reverse Osmosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
4.2.4 Electrodialysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
4.2.5 Carbon Nanotubes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
4.3
Nanoporous Desalination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
4.3.1 Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
4.3.2 Nanoporous Membranes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
4.4
Synthesis Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
4.4.1 Focused Electron Beam Induced Etching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
4.4.2 Diblock Copolymer Templating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
4.5
Surface Modification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
4.5.1 Macromolecule Immobilization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
4.5.2 Surface Adsorption and Coating . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
4.5.3 Surface Treatment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
4.5.4 Glycosylation by UV-Induced Polymerization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
4.5.5 Glycosylation by Polymer Analogous Reactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
4.5.6 Glycosylation by Surface-Initiated Living Polymerization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
4.6
Pore Functionalization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
4.6.1 Chemical Treatment . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
4.6.2 Plasma Treatment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
4.6.3 Graft Polymerization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
4.6.4 Copolymer Templating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
J. Ganesan · M. P. Gandhi · M. Nagendran · P. Velayudhaperumal Chellam (*)
Centre for Research, Department of Biotechnology, Kamaraj College of Engineering and
Technology, Virudhunagar, Tamil Nadu, India
B. Li
Shandong Key Laboratory of Marine Ecology Restoration, Shandong Marine Resource and
Environment Research Institute, Yantai, China
V. Nair
Institute of Physical Chemistry, Polish Academy of Sciences, Poznań, Poland
© Springer Nature Switzerland AG 2020
N. Dasgupta et al. (eds.), Environmental Nanotechnology Volume 4, Environmental
Chemistry for a Sustainable World 32, https://doi.org/10.1007/978-3-030-26668-4_4
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Functional Properties of Nanoporous
Membranes for the Desalination of Water
Jananisree Ganesan, Madhangi Priyadharshini Gandhi,
Maheswari Nagendran, Bin Li, Vaishakh Nair,
and Padmanaban Velayudhaperumal Chellam
Contents
4.1
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
4.2
Evolution of Desalinating Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
4.2.1 Multi-effect Distillation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
4.2.2 Multistage Flash . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . 134
4.2.3 Reverse Osmosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
4.2.4 Electrodialysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
4.2.5 Carbon Nanotubes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
4.3
Nanoporous Desalination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
4.3.1 Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
4.3.2 Nanoporous Membranes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
4.4
Synthesis Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
4.4.1 Focused Electron Beam Induced Etching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
4.4.2 Diblock Copolymer Templating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
4.5
Surface Modification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
4.5.1 Macromolecule Immobilization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
4.5.2 Surface Adsorption and Coating . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
4.5.3 Surface Treatment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
4.5.4 Glycosylation by UV-Induced Polymerization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
4.5.5 Glycosylation by Polymer Analogous Reactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
4.5.6 Glycosylation by Surface-Initiated Living Polymerization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
4.6
Pore Functionalization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
4.6.1 Chemical Treatment . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
4.6.2 Plasma Treatment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
4.6.3 Graft Polymerization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
4.6.4 Copolymer Templating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
J. Ganesan · M. P. Gandhi · M. Nagendran · P. Velayudhaperumal Chellam (*)
Centre for Research, Department of Biotechnology, Kamaraj College of Engineering and
Technology, Virudhunagar, Tamil Nadu, India
B. Li
Shandong Key Laboratory of Marine Ecology Restoration, Shandong Marine Resource and
Environment Research Institute, Yantai, China
V. Nair
Institute of Physical Chemistry, Polish Academy of Sciences, Poznań, Poland
© Springer Nature Switzerland AG 2020
N. Dasgupta et al. (eds.), Environmental Nanotechnology Volume 4, Environmental
Chemistry for a Sustainable World 32, https://doi.org/10.1007/978-3-030-26668-4_4
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