電紡及疏水改性制備PVDF超疏水復合膜及膜蒸餾脫鹽研究

DOI:10.1016/j.seppur.2019.115889

疏水性納米纖維由于其極高的比表面積而在膜蒸餾（MD）過程中引起了極大的關注。在這項研究中，作者提出了一種由疏水性聚偏二氟乙烯（PVDF）納米纖維層和疏水性聚丙烯（PP）無紡布（NWF）基底組成的用于真空膜蒸餾（VMD）的疏水性納米纖維復合材料。通過靜電紡絲技術將PVDF納米纖維層直接制備在PP NWF基材上。在靜電紡絲過程中，將1H，1H，2H，2H-全氟辛基三乙氧基硅烷（FTES）功能化的GO納米片摻入PVDF納米纖維層中，以增強VMD的疏水性和滲透水通量。通過SEM和FTIR對膜表面形貌和組成進行了表征。研究了FTES-GO納米片含量對VMD脫鹽性能的影響。并提出了水蒸氣通過摻入FTES-GO的納米纖維層的轉移機理。與原始的PVDF納米纖維層相比，FTES-GO摻入的納米纖維層的表面疏水性，液體進入壓力（LEP）和透水性均得到了改善。當FTES-GO含量為4 wt％時，WCA從純PVDF納米纖維層的104.0°增加到改性納米纖維層的140.5°。滲透水通量達到最大值36.4 kg m^-2 h^-1，是原始膜的水通量的兩倍，同時除鹽率保持在99.9％以上（50 ℃，3.5 wt％ NaCl水溶液，溶解度和滲透壓為31.3 kPa）。連續VMD實驗60 h，未觀察到FTES-GO在膜中的潤濕現象。

圖1.用FTES對GO納米片進行疏水改性的示意圖。

圖2.真空膜蒸餾實驗裝置的示意圖。

圖3.不同納米纖維層的FTIR光譜。

圖4.不同PVDF納米纖維層表面的SEM圖像（左列×5.0 k）和放大的照片（右列×10.0 k）。 （a / a'）G0； （b / b'）G1； （c / c'）G2； （d / d'）G3； （e / e'）G4。

圖5.不同納米纖維層的纖維直徑分布。 （a）G0； （b）G1； （c）G2； （d）G3； （e）G4。

圖6.不同納米纖維層的孔分布。 （a）G0； （b）G1； （c）G2； （d）G3； （e）G4。

圖7.不同納米纖維層的動態水接觸角。

圖8.水滴與不同納米纖維層表面之間的接觸示意圖。 （a）原始的PVDF納米纖維層（G0）； （b）結合FTES-GO的納米纖維層（G3）。

圖9.水滴接觸300 s后，不同納米纖維層的WCA減少百分比。

圖10.不同納米纖維復合材料的VDM脫鹽性能。

圖11.用于MD工藝的摻入FTES-GO的納米纖維層的傳質示意圖。

 圖12.不同納米纖維復合材料的長期VMD性能。