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福建工程学院李玉歧:新型防污NM88B@HPAN电纺纳米纤维膜的制备及其在水处理中的应用

2022-06-06   易丝帮

电纺膜由于其高孔隙率和三维(3D)结构而显示出作为水净化分离材料的巨大潜力。然而,膜污染仍未得到有效解决。在这项工作中,研究者通过将NH2-MIL-88B(Fe)(NM88B)催化剂引入水解聚丙烯腈(HPAN)膜3D基质中,制备了亲水性可见光响应型NM88B@HPAN纳米纤维膜。由于羧基官能团中质子的部分解离,HPAN膜表面在水中带负电荷,这有利于改善HPAN膜与质子化NM88B之间的相互作用,从而使纳米粒子在膜表面具有良好的分散性,赋予NM88B@HPAN纳米纤维膜较高的稳定性。所研制的纳米纤维膜对各种油/水乳液表现出优异的分离效率(高达99%)和高渗透通量(946-6014L/m2/h)。同时,由于强亲水性和光芬顿活性的协同作用,该膜对罗丹明B(RhB)(90.04%)具有较高的通量恢复率和染料降解能力。此外,本工作开发的复合纳米纤维膜具有良好的力学性能,有利于在实际生产过程中重复使用。

 

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图1.纳米纤维膜的数码照片:(a)PAN,(c)HPAN,(e)NM88B@HPAN;不同放大倍率下(b)PAN基材、(d)HPAN膜和(f)NM88B@HPAN复合膜表面的SEM图像。

 

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图2.NM88B@HPAN膜的EDS映射图像(a)和EDS光谱(b)。

 

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图3.PAN、HPAN和NM88B@HPAN膜的FTIR光谱。

 

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图4.(a)PAN纳米纤维膜、(b)NM88B纳米粒子和(c)HPAN及复合膜的XRD图谱。

 

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图5.(a)PAN、HPAN和复合膜的XPS光谱,(b)NM88B@HPAN膜的Fe2p、(C)O1s、(d)N1s和(e)C1s XPS。

 

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图6.膜表面的润湿性。(a)纯PAN、(b)纯HPAN和(c)NM88B@HPAN膜表面的WCAs图片。(d)五种油的UOCAs。

 

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图7.(a)自制装置中的水包油乳液分离;(b)Tween-80稳定的各种水包油乳液的膜通量;(c)NM88B@HPAN膜通量随循环次数的变化,以及光催化去污性能。

 

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图8.液滴粒径分布(左);五种不同水包油乳液在分离前后的光学显微镜照片以及数字图像(右)。

 

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图9.长期反复光催化自清洁实验。

 

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图10.(a)RhB在黑暗和可见光下的紫外-可见光谱变化;(b)RhB的光芬顿降解;(c)所开发NM88B@HPAN膜的防污性能(正己烷/水乳液);(d)NM88B@HPAN膜的可重复使用性。

 

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图11.开发的复合纳米纤维膜和HPAN膜的拉伸强度。

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