DOI:10.1016/j.memsci.2020.118382
采用溶液涂覆法制備了以納米纖維素集成聚丙烯腈（PAN）為阻隔層、以沉積有電紡PAN納米纖維的聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）非織造墊為支撐層的高通量納米纖維復合超濾（UF）膜。通過ATR-FTIR、TGA和EDX等測量手段研究了納米纖維復合膜的化學組成，同時通過SEM和AFM掃描觀察了膜的頂部和橫截面形態。在阻隔層中形成了一個互穿的納米纖維-聚合物網絡，這大大增強了復合膜的機械強度。水接觸角測量表明，納米纖維復合膜的親水性隨納米纖維素組分的加入而提高，從而增強了膜的防污性能。對所制備的膜進行了蛋白質分離和廢水處理的研究。采用錯流過濾系統對不同納米纖維素配比的納米纖維復合膜的超濾性能進行了評估，結果表明：當納米纖維素為0.10wt％時，復合膜的純水透過率最高，達到1508 L/（m2h·MPa），在阻隔層中形成了最佳的水通道復合膜。以葡聚糖為標記物測定了這些膜的分子量截留值（MWCO），其中膜的最大孔徑在20.8至46.0 nm范圍內變化。此外，采用不同分子量的蛋白質和多肽挑戰了納米纖維復合膜的性能。該膜實現了147.1 L/m2·h的高滲透通量和98.4％的高截留率，同時獲得了對蛋白質和多肽的高選擇性，表明該復合膜可用于選擇性分離。對納米纖維復合膜的防污性能進行了深入研究，從滲透通量和截留率角度對過濾效率進行了評估，并與具有類似膜孔徑的市售超濾膜（UN100、US050和UE050）進行了比較。納米纖維復合膜的滲透通量比市售膜高2-3倍，這是由于在阻隔層中形成了水通道，而截留率仍保持在99.6％，這表明納米纖維復合膜除了可以對蛋白質進行高度選擇性分離外，還可以作為廢水處理的良好候選材料。
圖1.NC/PAN復合膜的ATR-FTIR光譜：（A）0.15wt％PAN、（B）0.15wt％NC、（C）0.05wt％NC+0.10wt％PAN、（D）0.20wt％NC+0.05wt％PAN、（E）0.15wt％NC+0.05wt％PAN、（F）0.05wt％NC+0.05wt％PAN和（G）0.10wt％NC+0.05wt％PAN。
圖2.（A）復合膜的水接觸角對阻隔層中納米纖維素含量的依賴性，以及（B）原始PAN、納米纖維素和納米纖維素/PAN（0.10wt％NC+0.05wt％PAN）復合材料的TGA曲線。
圖3.阻隔層厚度為50 nm的復合膜的映射圖像。（A）N+O+U，（B）N，（C）O，（D）U。
圖4.阻隔層厚度為50nm的復合膜的俯視（A）和橫截面（B）SEM圖像。
圖5.原始PAN膜（A，D）、納米纖維素膜（B，E）和納米纖維素/PAN（0.10wt％NC+0.05wt％PAN）復合膜（C，F）的AFM圖像。
圖6.具有不同參數的復合膜的表面力學性能。（A）阻隔層中NC的含量從0％增加到33.3％和66.7％，達到100％；（B）涂層溶液中NC的濃度從0.05、0.20（wt％）開始增加，而PAN的濃度保持恒定在0.05wt％；（C）0.10wt％NC+0.05wt％PAN，阻隔層的厚度從50 nm增加到110 nm。
圖7.具有不同厚度阻隔層的復合膜的純水通量（A）和復合膜的耐壓性（B，NC/PAN=0.20wt％/0.05wt％，厚度為100 nm）
圖8.納米纖維素與PAN之比對用于BSA水溶液的復合膜過濾效率的影響：（A）納米纖維素與PAN之比發生變化，而溶液的總濃度保持在0.15wt％，并且（B）納米纖維素的濃度從0.05wt％變化至0.20wt％，而PAN的濃度保持在0.05wt％。
圖9.具有不同阻隔層厚度的復合膜的俯視和橫截面SEM圖像：（A）50 nm、（B）80 nm、（C）110 nm和（D）橫截面視圖110 nm。
圖10.具有不同阻隔層厚度的復合膜用于BSA過濾的滲透通量和截留率。
圖11.復合膜（厚度為110 nm）對HA水溶液的防污性能。
圖12.復合膜以及市售膜UN100、US050和UE050對10.0 ppm-HA水溶液的長期過濾性能。
