DOI:10.1016/j.seppur.2019.115889
疏水性纳米纤维由于其极高的比表面积而在膜蒸馏(MD)过程中引起了极大的关注。在这项研究中,作者提出了一种由疏水性聚偏二氟乙烯(PVDF)纳米纤维层和疏水性聚丙烯(PP)无纺布(NWF)基底组成的用于真空膜蒸馏(VMD)的疏水性纳米纤维复合材料。通过静电纺丝技术将PVDF纳米纤维层直接制备在PP NWF基材上。在静电纺丝过程中,将1H,1H,2H,2H-全氟辛基三乙氧基硅烷(FTES)功能化的GO纳米片掺入PVDF纳米纤维层中,以增强VMD的疏水性和渗透水通量。通过SEM和FTIR对膜表面形貌和组成进行了表征。研究了FTES-GO纳米片含量对VMD脱盐性能的影响。并提出了水蒸气通过掺入FTES-GO的纳米纤维层的转移机理。与原始的PVDF纳米纤维层相比,FTES-GO掺入的纳米纤维层的表面疏水性,液体进入压力(LEP)和透水性均得到了改善。当FTES-GO含量为4 wt%时,WCA从纯PVDF纳米纤维层的104.0°增加到改性纳米纤维层的140.5°。渗透水通量达到最大值36.4 kg m-2 h-1,是原始膜的水通量的两倍,同时除盐率保持在99.9%以上(50 ℃,3.5 wt% NaCl水溶液,溶解度和渗透压为31.3 kPa)。连续VMD实验60 h,未观察到FTES-GO在膜中的润湿现象。
图1.用FTES对GO纳米片进行疏水改性的示意图。
图2.真空膜蒸馏实验装置的示意图。
图3.不同纳米纤维层的FTIR光谱。
图4.不同PVDF纳米纤维层表面的SEM图像(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。
图5.不同纳米纤维层的纤维直径分布。 (a)G0; (b)G1; (c)G2; (d)G3; (e)G4。
图6.不同纳米纤维层的孔分布。 (a)G0; (b)G1; (c)G2; (d)G3; (e)G4。
图7.不同纳米纤维层的动态水接触角。
图8.水滴与不同纳米纤维层表面之间的接触示意图。 (a)原始的PVDF纳米纤维层(G0); (b)结合FTES-GO的纳米纤维层(G3)。
图9.水滴接触300 s后,不同纳米纤维层的WCA减少百分比。
图10.不同纳米纤维复合材料的VDM脱盐性能。
图11.用于MD工艺的掺入FTES-GO的纳米纤维层的传质示意图。
图12.不同纳米纤维复合材料的长期VMD性能。