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华东理工大学马晓华Desalination:静电纺丝结合电喷雾技术开发高性能分离膜

2023-08-03   易丝帮

渗透-选择性权衡一直是膜分离过程中的一个长期问题,这限制了许多膜分离技术的应用潜力。本文引入壳聚糖(CS)纳米纤维夹层来优化基底,以提高电喷雾辅助界面聚合(EIP)制备的薄膜复合材料(TFC)膜的分离性能。进行了一系列表征,结果表明CS纳米纤维的引入防止了聚酰胺侵入基底的孔隙,并增加了界面胺单体的含量以促进界面聚合(IP)反应。同时,增强的限制效应形成了更粗糙的选择层,提供了更多的水传输路径,增强了膜的亲水性。与含有聚醚砜(PES)基底的对照TFC膜相比,含有CS/PES复合基底的TFC/CS/PES膜表现出优异的分离性能,在保持高MgCl2截留率的同时,渗透性提高了4.5倍。本工作为优化基质和改善膜的性能提供了一种新的策略。

 

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图1.(a)TFC/CS/PES和(b)TFC/PES膜的制备过程图。


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图2.(a)PES和CS/PES基底的FT-IR分析;PES(b1-2)和CS/PES(c1-2)基底的SEM图像。


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图3.(a)和(b)TFC/PES和TFC/CS/PES膜的FT-IR。


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图4.TFC/PES膜(a1,a2,a3)和TFC/CS/PES膜(b1,b2,b3)的XPS宽扫描光谱、C1s和O1s窄光谱。


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图5.(a)PES、CS/PES、TFC/PES和TFC/CS/PES膜的Zeta电位和(b)静态水接触角。


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图6.静电纺丝时间为15、30、45和60分钟的TFC/PES膜(a)和TFC/CS/PES膜的SEM和AFM图像(b-e);具有不同静电纺丝时间的TFC/PES膜和TFC/CS/PES膜的WCA(f);TFC/PES膜(g1,h1)和TFC/CS/PES膜(g2,h2)的截面SEM图像和结构形态形成机制。


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图7.不同静电纺丝时间(a)和电喷雾时间(b)的TFC复合膜的性能。

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图8.(a)TFC/CS/PES复合膜对不同种类无机盐的分子量筛截(压力:4bar;中性溶质浓度:1000ppm)和(b)分离性能(压力:5bar;盐浓度:500ppm)。


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图9.(a)MgCl2浓度(压力:4bar)、(b)操作压力(MgCl2浓度:500ppm)和(c)操作时间(MgCl2浓度:500ppm;压力:4bar)对TFC/CS/PES复合膜分离性能的影响。

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