南京工業大學孫世鵬J. Membr. Sci.：PEI2/PAN8-PAN納濾膜的制備及其結構和性能研究

DOI:10.1016/j.memsci.2020.118927

具有完全互連孔結構的電紡納米纖維被越來越多地用作制備薄膜納米纖維復合材料（TFNC）納濾（NF）膜的基材。大孔基材和致密選擇層之間的粘附力差一直是制約其廣泛應用的瓶頸。這項工作提出了過渡層在膜結構和性能提高方面的作用。具體而言，聚乙烯亞胺（PEI）/聚丙烯腈（PAN）過渡層和PAN基底層均是通過靜電紡絲制備而成的，隨后用均苯三甲酰氯和哌嗪進行界面聚合（IP）。PEI改性過渡層的引入提高了親水性，為IP提供了額外的反應位點，并避免了納米纖維孔內的聚合。所得復合NF膜具有致密且無缺陷的選擇層。這樣的最佳結構帶來了出色的分離性能，橙黃II染料（MW=350.32g/mol）的截留率為95.6％，純水通量為38.5 L m-2 h-1 bar-1。它在低壓（0.2MPa）納濾過程中表現出穩定的長期性能，為TFNC膜在水凈化和其他領域的實際應用提供了重要的指導。

圖1.帶有電紡絲過渡層的NF膜制備示意圖。

圖2.具有不同PEI/PAN重量比的PEI改性過渡層的SEM圖像和纖維直徑分布：（a）0/10，（b）2/8，（c）3/7，（d）4/6。

圖3.帶有不同改性過渡層的NF膜對（a）不同染料的分離性能比較；（b）CR染料。

圖4.（a）PAN，（b）PEI2/PAN8-PAN的表面SEM圖像；（c）PEI2/PAN8-PAN的橫截面SEM圖像。

圖5.PAN和PEI2/PAN8基底之間的FT-IR光譜差異。

圖6.PAN和PEI2/PAN8-PAN基底的XPS全掃描光譜。

圖7.PAN和PEI2/PAN8-PAN基底隨時間變化的水接觸角。

圖8.（a）新生PAN、熱壓PAN和熱壓PEI2/PAN8-PAN基底的拉伸強度和（b）應力-應變曲線。

圖9.通過（a）1分鐘，（b）2分鐘，（c）3分鐘反應時間獲得的帶有PEI2/PAN8基底的NF膜的橫截面和表面SEM圖像。

圖10.TMC反應時間對帶有PEI2/PAN8-PAN基底的NF膜分離性能的影響。

圖11.帶有PAN和PEI2/PAN8-PAN基底的NF膜的MWCOs。

圖12.PEI2/PAN8-PAN NF膜對（a）不同染料，（b）無機鹽的截留性能。（c）操作壓力對PEI2/PAN8-PAN NF膜分離性能的影響；（d）對CR染料的長期截留性能。

圖13.（a）防污試驗中PEI2/PAN8-PAN NF膜的歸一化通量（1.0g/L BSA溶液，0.2MPa和20℃）；（b）PEI2/PAN8-PAN NF膜在NaCl和CR染料混合溶液中的分離性能（進料：0.3g/L CR和1.0g/L NaCl，0.2MPa，20℃）。

圖14.PEI2/PAN8-PAN NF膜與文獻報道的膜的比較。該文獻報道的染料的分子量在330至480g/mol之間。