以電紡納米纖維氈為模板制備反向尺寸選擇性膜

DOI: 10.1021/acsami.0c00065

尺寸選擇膜在水凈化等領域有著廣泛的應用。盡管已經開發了許多用于制備納米多孔膜的方法，但每種方法都有其局限性。例如，含有均勻納米通道的薄膜可由嵌段共聚物前驅體制備而成。然而，嵌段共聚物價格昂貴。聚合物溶液的靜電紡絲可以產生折疊成墊狀的長納米纖維，這些纖維的直徑可以從納米調整到微米。在這些纖維之間的空隙中注入另一種聚合物，然后去除納米纖維模板，應會產生一種反向多孔膜，其孔結構與原始納米纖維膜互補。本文報道了這些膜的制備方法。研究者發現，注入第二種聚合物之前，在壓力下對納米纖維膜進行熱退火，并用等離子體蝕刻最終膜的表面，以暴露封裝的納米通道，從而增加了穿過此類膜的通量。進一步研究發現，在熔融納米纖維和納米管交界處形成的孔的大小決定了最終膜的尺寸選擇性。隨著熱退火溫度的升高，纖維的熔融程度提高，從而使接頭處的孔徑增大。所開發的方法是通用的，這對于使用由模板納米纖維直徑及其融合程度決定孔徑的不同材料來制備納米多孔膜應該是大有裨益的。

圖1.所用分離裝置的照片。

圖2.（a，d，g）在（d和f）135℃和（g和h）145℃經退火處理2小時之前和之后，納米纖維墊（a和c）的自上而下的掃描電鏡圖像和（c、f和i）橫截面光學顯微鏡圖像。圖b、e和h顯示了三個樣品的纖維直徑分布。

圖3.PMMA/HPVAC復合膜（a）頂面和（b）底面的SEM圖像。

圖4.去除PMMA后，HPVAC膜的（a）頂面和（b）底面的SEM圖像。圖（c）和（d）分別顯示了頂部和底部附近的膜的橫截面SEM圖像。

圖5.經等離子體處理6.0分鐘后，HPVAC膜的（a）上表面和（b）下表面的SEM圖像。圖（c）和（d）分別顯示了上表面和下表面附近膜的橫截面SEM圖像。

圖6.源自Mat-145模板并分別經等離子體處理0、2.0、4.0、6.0和6.0分鐘的膜的滲透池進料側乙醇柱高度h的降低。

圖7.隨著時間的推移，跨過Mat-135和Mat-145模板膜的進料池側滲透液體的高度降低。所用的滲透液是（<, 5）95％乙醇和（=,6）PS顆粒在乙醇中的分散體。

圖8.（a）用Mat-145模板膜分離之前和（b）之后的PS顆粒樣品的SEM圖像。框架（c）顯示了用膜進行顆粒分離之前和之后的粒徑分布。