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    ACS Nano:如何一步提高電紡絲網格的霧水收集效率

    2021-07-01   易絲幫
    獲得清潔水是一個全球性的挑戰,而霧水收集器是針對該挑戰的一個有前途的解決方案。目前,人們已將聚碳酸酯(PC)纖維用于霧水收集器,但其效率十分有限。本研究表明在PC纖維的靜電紡絲過程中控制電壓極性和濕度會改善其表面性能,從而提高集水能力。通過實驗測定了PC纖維表面形態和化學性質對集霧效率相關表面電位和力學性能的影響。在高濕度和負電壓極性條件下生產的PC纖維具有優異的集水率和最高的拉伸強度。本研究證明了表面電位和形態對于通過一步、無需任何后處理方法制備纖維以增強集水能力而言是至關重要的。

     

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    圖1.在25%(PC25+,PC25-)和40%(PC40+,PC40-)RH以及正(A-C和G-)負(D-F和J-L)極性下制備的PC纖維的掃描電子顯微鏡(SEM)顯微照片。有冷凍斷裂表明其中存在空隙。


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    圖2.PC網格拉伸試驗獲得的典型應力-應變曲線。


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    圖3.(A,B)單個PC聚合物鏈結構的2D/3D示意圖。符號:C1-4是指通過XPS測定的PC中各碳的原子百分比。(C)PC膜C1s區域的代表性XPS光譜。(D)用于產生靜電勢圖的PC聚合物結構單元模型。(E)單個PC單元的靜電勢圖。(F,G)在Y軸上旋轉45°以指示分子不同位置的靜電表面電勢。(H,I)單個PC聚合物鏈的示意性重新定向模型,在靜電紡絲過程中施加了正極性和負極性。


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    圖4.以正(PC+)和負(PC-)極性制備的靜電紡絲PC纖維的表面電勢和ζ電勢表征:(A)KPFM掃描,(B)通過KPFM測量PC樣品的表面電勢結果,(C)PC網格在不同pH值的KCl溶液中的滴定曲線,表明了PC網格的zeta電位值。


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    圖5.PC25+(A,B),PC25-(C,D),PC40+(E,F),PC40-(G,H)與直徑為Dw1=0.20μm(A,C,E,G)和Dw2=1.25μm(B,D,F,H)的水滴之間的電勢分布圖。水滴與纖維之間的距離d=1.00μm。(I)對于小水滴(Dw=0.20μm,直線)和大水滴(Dw=1.25μm,虛線)而言,電勢E(沿d線)與液滴表面-纖維距離d之間的關系。


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    圖6.以正(PC+)和負(PC-)極性制備的靜電紡絲PC纖維的集水結果:(A)3小時試驗期間的霧水收集和(B)每小時集水率。(C-F)90min試驗后,在網格表面所收集液滴流入燒杯之前,垂直電紡絲PC網格上沉積的水滴的側視和正視圖。(G)該圖表示網格上的接觸角滯后隨時間的變化。(H)靜態接觸角測量,水平放置網格上的水滴的代表性圖像。


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    圖7.3小時內霧水收集與表面電位和ζ電位(pH=4.5)之間的相關性。


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