DOI:10.1016/j.cej.2020.126295
利用中空纖維膜進行膜分離是近幾十年來發展迅速的新興技術之一,其應用領域十分廣泛。為了滿足當前保護環境、合理利用資源和在苛刻條件下進行特殊分離的要求,需要對膜技術進行進一步的改進和發展。新型無溶劑或低溶劑替代工藝具有與傳統工藝競爭的巨大潛力。近年來在制備高性能中空纖維膜方面已開發出了可持續的方法和環境友好的制備技術。本文從環境保護和健康安全的角度,概述了聚合物中空纖維膜常用制備方法的研究進展。從綠色和可持續發展的角度詳細介紹了中空纖維膜制備技術的最新進展,特別是通過熔體/溶液集成均質增強法、均質編織增強型中空纖維膜、熔體紡絲拉伸界面相分離法以及通過連續靜電紡絲制備覆蓋納米纖維的中空纖維膜。最后對中空纖維膜的未來研究和發展提出了幾點建議。
圖1.市售中空纖維膜組件類型。
圖2.中空纖維膜的應用說明。
圖3.中空纖維膜紡紗流程的示意圖(a:NIPS;b:TIPS;c:MSCS)。
圖4.膜和膜孔形成過程的示意圖(a:NIPS;b:TIPS;c:MSCS)。
圖5.(a)用于制備HMR膜的熔體/溶液集成紡絲工藝的示意圖;(b)紡制的PVDF HMR膜的形態和性能:(1:橫截面形態;2:機械性質;3:純水通量和蛋白質截留率)。(c)紡制的PVC HMR膜的形態和性能:(1:橫截面形態;2:膜滲透;3:防污性能)
圖6.(a)HBR中空纖維膜的制備過程示意圖;(b)用各種材料制備的HBR膜的SEM圖像。
圖7.(a)熔融紡絲-拉伸界面成孔過程;(b)PVDF中空纖維膜的SEM圖像:(1:外表面;2:內表面;3:整個橫截面;4:橫截面的局部放大);(c)在各種中空纖維膜中形成雙峰微孔結構的模型:(1:PP;2:PP/EVOH;3:PP/EVOH/MAH)。
圖8.(a)中空纖維膜和膜組件的制備過程。(b)用電紡納米纖維覆蓋的中空纖維膜制備工藝的示意圖;(c)PTFE/FEP中空纖維膜的形態和性能:(1:外表面和橫截面SEM圖像;2:燒結過程示意圖;3:甲苯包水乳液膜分離結果的光學顯微鏡圖像)。(d)PMIA/CAT-PEI/Ag納米纖維覆蓋膜的制備過程(1),催化還原機理(2)和動態催化4-硝基苯酚(3)的示意圖。