基于PVDF/膨潤土納米纖維載體的高性能薄膜納米復合材料用于正滲透膜

DOI:10.1016/j.jiec.2020.02.016

在本研究中，通過聚酰胺選擇層的界面聚合，合成了基于浸漬膨潤土納米粘土PVDF電紡納米纖維的高親水性薄膜納米復合(TFN)膜，用于正向滲透(FO)應用。結果表明，膨潤土納米粘土可以調節PVDF納米纖維支撐的TFN膜的性能，包括親水性、β相含量（極性相）和機械性能等關鍵參數。PVDF/膨潤土納米粘土復合材料對FO性能有顯著改善。X射線光電子能譜（XPS）和能量色散X射線（EDX）分析證實了膨潤土納米粘土與電紡納米纖維的成功結合。由于靜電紡絲和膨潤土納米粘土的協同作用，使薄膜的β相含量（親水性）增加，所制備的TFN膜比原始PVDF電紡納米纖維TFN膜具有更高的親水性、機械強度和透水性。納米粘土含量最高（2.0 wt%）的TFN膜在1 M NaCl溶液中的水通量為40.64 L/m2 h，而反向溶質通量（RSF）沒有顯著增加。

圖1.以電紡納米纖維為載體的薄膜納米復合FO膜的制備示意圖。

圖2.用不同PVDF摻雜溶液電紡PVDF納米纖維的FE-SEM表面形貌：（a）PVDF 16wt%，（b）PVDF 18wt%，（c）PVDF 20wt%。

圖3.原始和納米復合電紡納米纖維載體的FE-SEM表面形貌和相應的纖維直徑分布；（a）PVDF18_0，（b）PVDF18_0.25，（c）PVDF18_0.5，（d）PVDF18_1.0，（e）PVDF18_2.0。

圖4.以原始PVDF和納米復合纖維為載體的FO膜的機械性能（a）拉伸強度，（b）楊氏模量。

圖5.所有電紡納米纖維支架的表面粗糙度。

圖6.（a）PVDF18_0和PVDF18_2.0的ATR-FTIR光譜，（b）所有制備的納米纖維基底的β相含量和結晶度。

圖7.原始（PVDF18_0）和不同含量膨潤土納米粘土（PVDF18_x）的所有納米復合電紡納米纖維載體的水接觸角。

圖8.原始膜（PVDF18_0）與改性膜（PVDF18_x）的FO性能比較。