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香港大学汤初阳教授J. Membr. Sci.:疏水性PVDF纳米纤维膜在直接接触膜蒸馏中的出色抗湿性能

2020-05-08   易丝帮

DOI:10.1016/j.memsci.2020.118226

进料溶液中低表面张力污染物引起的膜润湿一直是膜蒸馏(MD)的主要挑战,而疏水膜由于对具有多种表面张力的液体表现出强烈的排斥性,因此被认为是应对该挑战的有前途的解决方案。本研究报告了一种无纳米颗粒的策略来制备疏水性聚偏氟乙烯(PVDF)纳米纤维膜,以实现稳健的MD脱盐。采用溶剂热诱导粗糙化方法在电纺PVDF纳米纤维上构建了多尺度的分层纳米鳍结构,随后进行聚多巴胺锚定的表面氟化处理,以降低纳米纤维膜的表面能。研究结果表明,所制备的膜对表面张力范围为73至30 mN·m-1的不同液体表现出超强的排斥性(> 150°)。此外,在十二烷基硫酸钠表面活性剂(高达0.4 mM)或矿物油(高达480 mg·L-1)存在下,疏水性膜在直接接触膜蒸馏过程中保持了稳定的脱盐率和水通量,这也展示了其在实际水资源回收利用中的广阔应用前景。

 

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图1.疏水性PVDF纳米纤维膜的制备过程。


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图2.DCMD设备的示意图。


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图3.SEM图像显示(a)原始PVDF膜、(b)STIR处理过的膜、(c)PDA活化的PDA/STIR-PVDF膜和(d)氟化PFTS/PDA/STIR-PVDF膜的俯视图。


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图4.通过不同膜的(a)(b)XPS全扫描光谱(注意,原始PVDF膜的光谱已在先前报告中公开)和(c)FTIR-ATR光谱进行表面化学成分表征:I)原始PVDF膜、(II)STIR-PVDF膜、(III)PDA/STIR-PVDF膜和(IV)PFTS/PDA/STIR-PVDF膜。


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图5.湿润性表征结果:(a)接触角测量,(b)不同液滴的照片,注意液体S1是含0.25 mM SDS的3.5wt%NaCl溶液,以及(c)原始PVDF膜和(d)PFTS/PDA/STIR-PVDF膜的水动态接触行为测量。


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图6.(a)水和(b)低表面能液体在PFTS/PDA/STIR-PVDF膜上的可能悬浮行为。θ是固有接触角,φ是局部纹理角。


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图7.原始PVDF膜和疏水性PFTS/PDA/STIR-PVDF膜在DCMD脱盐中的标准化通量和脱盐率,并逐渐添加污染物(a)SDS(原始和处理过的膜的初始通量分别为26和17 Kg·m-2·h-1)或(b)矿物水包油乳液(原始膜和处理过的膜的初始通量分别为25和20 Kg·m-2·h-1)。


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