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浙江理工大学张国庆Chem. Eng. J.:新型可控光热诱导方法制备高性能正渗透膜

2023-07-21   易丝帮

电纺纳米纤维(ESNF)表面粗糙度高、孔径大,无法通过界面聚合形成良好的聚酰胺(PA)层。因此,ESNF无法直接用作纳米纤维支撑薄膜复合正渗透膜(NTFC-FO)的支撑层。然而,ESNF的高孔隙率和大孔径优势却是正渗透(FO)工艺所必需的。本研究首次通过在支撑层中引入光热材料PANI,并利用原位光热退火来可控地降低支撑膜的表面粗糙度和孔径,构建了非对称集成式ESNF,这不仅满足了界面聚合的要求,形成了良好的PA层,而且还保持了ESNF的高孔隙率、大孔径和结构稳定性。利用该策略,获得了具有高选择性PA层和低膜结构参数(S)的FO膜。结果表明,以去离子水和1.0M NaCl溶液为进料液和提取液时,NTFC-FO膜的水通量高达40.2L·m-2·h-1,反向盐通量低达4.9g·m-2•h-1,比盐通量Js/Jw仅为0.12,对染料废水也有很好的抑制作用。总之,通过光热退火策略构建的非对称集成式ESNF支撑层为制备高性能NTFC-FO膜提供了一种简单可行的方法。

 

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图1.NTFC-FO膜制备过程示意图。


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图2.(a)具有不对称集成结构的AIESNF的横截面SEM图像,以及(b-d)放大图像。


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图3.(a-b)不同处理条件下AIESNF的表面和横截面SEM图像,(c)表面纤维直径,(d)表面纤维孔径,(e)光热退火层的厚度,(f)XRD图像和(g)FTIR图像,以及(h)PVDF的晶体结构变化。


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图4.(a)不同处理条件下AIESNF的厚度、(b)孔隙率、(c)0.01MPa压力下的纯水渗透通量、(d)孔径、(e)接触角和(f)应力-应变曲线。


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图5.(a-c)不同处理条件下NTFC-FO膜的SEM,(d)FTIR和(e)接触角。


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图6.(a-b)NTFC-FO膜单轴拉伸断裂时PA层表面的SEM图像,(c)PA层渗透到纤维层中的横截面SEM图像;(d-e)PPESNF和AIESNF表面上PA层形成过程的示意图。


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图7.(a-c)FO模式下NTFC-FO膜的FO性能,(d-f)FO和PRO模式下FO性能的比较研究,(g)NTFC-FO薄膜对长时间运行的模拟染料废水的归一化水通量,(h)NTFC-1(12)在浓缩染料废水中的水通量和比盐通量,(i)NTFC-1(12)的染料截留率。

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