DOI: 10.1016/j.memsci.2020.119028
靜電紡絲納米纖維膜因其具有高比表面積、高疏水性和高孔隙率以及可控的孔徑和膜厚度等優點而在膜蒸餾（MD）應用中備受關注。盡管有這些優點，在MD中ENMs仍然存在潤濕問題。同軸靜電紡絲是一種極具吸引力的策略，可一步制備具有芯鞘結構的無紡布膜，并提高其在MD應用中的抗濕性。在本研究中，以聚偏氟乙烯-六氟丙烯（PH）為芯層，以PH/氣凝膠（SiA）為鞘層，制備了超疏水同軸復合材料ENMs。表面表征結果表明，同軸ENMs的活性層（即PH）是粗糙、高度多孔（＞80％）且超疏水的（接觸角＞160°）。此外，同軸ENMs具有較小的孔徑（＜0.39μm）和合適的液體入口壓力（＞1.72bar）。在長期（1個月）直接接觸MD試驗中，以3.5wt％NaCl溶液為進料，在鞘層施加4wt％SiA的最佳溶液負載時，水蒸氣通量和脫鹽率分別達到14.5L/m2h和99.99％。使用通用同軸靜電紡絲制備的ENMs在直接接觸MD脫鹽中具有廣闊的應用前景。
圖1.同軸靜電紡絲的示意圖：（a）注射泵，（b）芯層溶液，（c）鞘層溶液，（d）同軸適配器，（e）同軸納米纖維，（f）旋轉滾筒收集器，（g）金屬板和（h）高壓電源。
圖2.（a1，a2，a3）純PH，（b1，b2，b3）PH-SiA-2，（c1，c2，c3）PH-SiA-4和（d1，d2，d3）PH-SiA-6膜（a1，b1，c1，d1）表面和（a2，b2，c2，d2）橫截面的SEM圖像以及（a3，b3，c3，d3）TEM圖像。
圖3.（a1，a2）純PH，（b1，b2）PH-SiA-2，（c1，c2）PH-SiA-4和（d1，d2）PH-SiA-6膜的（a1，b1，c1，d1）纖維尺寸分布和（a2，b2，c2，d2）孔徑分布。純PH、PH-SiA-2、PH-SiA-4和PH-SiA-6的平均纖維尺寸分別為234.94μm、115.82μm、86.18μm和68.27μm。純PH、PH-SiA-2、PH-SiA-4和PH-SiA-6的平均孔徑分別為0.58μm、0.38μm、0.39μm和0.36μm。
圖4.（a）純PH，（b）PH-SiA-2，（c）PH-SiA-4和（d）PH-SiA-6膜的AFM圖像。純PH、PH-SiA-2、PH-SiA-4和PH-SiA-6膜的平均粗糙度（Ra）分別為284.65±28.71nm，331.05±156.60nm，451.15±161.83nm和488.43±221.39nm。
圖5.（a）通過EDX測得的C/Si和F/Si比，以及（b）純PH、PH-SiA-2、PH-SiA-4和PH-SiA-6膜的ATR-FTIR峰。
圖6.（a）純PH、PH-SiA-2、PH-SiA-4和PH-SiA-6膜的氮氣吸附/解吸等溫線和（b）由解吸等溫線得出的BJH孔徑分布。
圖7.純PH、PH-SiA-2、PH-SiA-4和PH-SiA-6膜的氮氣吸附能分布比較。
圖8.（a-d）（a）純PH，（b）PH-SiA-2，（c）PH-SiA-4和（d）PH-SiA-6膜在DCMD過程中運行72小時的通量和脫鹽性能。進料水為3.5wt％NaCl溶液（TDS=35g/L）。進料和滲透液流速均保持在24L/h。進料和滲透溫度分別為60±1.5℃和20±1.5℃。純PH、PH-SiA-2、PH-SiA-4和PH-SiA-6的平均水蒸氣通量分別為11.07LMH、5.87LMH、10.57LMH和9.40LMH。純PH、PH-SiA-2、PH-SiA-4和PH-SiA-6的初始水蒸氣通量分別為8.98LMH、14.53LMH、13.30LMH和12.80LMH。
圖9.（a）PH-SiA-4同軸電紡納米纖維膜在DCMD應用中使用1個月（31天）的通量和脫鹽性能。進料水為3.5wt％NaCl溶液（TDS=35g/L）。進料和滲透液流速均保持在24L/h。進料和滲透液流速均保持在24L/h。進料和滲透溫度分別為60±1.5℃和20±1.5℃。PH-SiA-4同軸電紡納米纖維膜31天的平均水蒸氣通量為10.45±0.63LMH。（b）經1個月的DCMD測試后，PH-SiA-4同軸電紡納米纖維膜的表面SEM圖像。
圖10.在本研究中，通過同軸靜電紡絲制備的同軸電紡納米纖維膜和通過單噴嘴靜電紡絲制備的純PH電紡納米纖維膜的示意圖及其性能。
微信二維碼
