1. 研發平臺科技新聞

      您的位置:首頁>科技創新>科技新聞

      南洋理工大學新加坡膜技術中心王蓉教授組Progress in polymer science 綜述:靜電紡絲納米纖維在膜法水處理方面的應用

      發布日期:2018-12-13 17:17:25 發布人:南洋理工大學王蓉教授研究團隊 瀏覽次數:666

      【引言】

      保障足夠且安全的水資源對人類的生產生活至關重要。據報道,全球超過80%的國家面臨水資源短缺的困境;全球25%的人口沒有足夠的安全水源。而且,總人口的上漲以及全球經濟的不斷發展導致水資源緊缺的狀況不斷加劇。為了滿足人類對于水的需求,新型高效水處理技術的研發受到了社會的廣泛關注。傳統的水處理方法通常通過物理沉淀、化學藥劑、微生物處理等對污水中的污染物進行去除。相比于這些傳統方法,膜法水處理由于其低能耗、易操作、占地面積小、出水水質好等優勢獲得了學術界及工業界的廣泛關注。在膜法水處理過程中,核心部件是起到選擇性分離作用的膜材料。市面上大部分膜材料是用過相轉換方法制備。近年來,由靜電紡絲技術制備的聚合物納米纖維膜也越來越收到人們的關注。不同于傳統相轉換方法制備的膜材料,靜電紡絲所制備的納米纖維膜是由納米尺寸的纖維材料重疊而成。因此,納米纖維膜具有高比表面積、高孔隙率、高表面粗糙度、高定向性等特性。另外,相對其他制膜方法,靜電紡絲的方法更易于將特定的功能性材料或官能團接枝在單根納米纖維表面或者涂覆在納米纖維膜基體的表面,在制備新型復合膜材料方面有卓越的發展前景。

      【成果簡介】

      為了全面概述納米纖維膜材料應用于膜法水處理方面的研究進展,南洋理工大學新加坡膜技術中心王蓉教授(通訊作者)及其課題組在progress in polymer science上發表了題為“Progress in electrospun polymeric nanofibrous membranes for water treatment: Fabrication, modification and applications”的綜述文章,廖園博士(現為南開大學環境科學與工程學院副教授)為論文的第一作者。該綜述論述并總結了聚合物納米纖維膜的制備及改性方法,著重強調了多種納米纖維膜及納米纖維復合膜針對水處理應用的優勢、挑戰及改進方向,涵蓋的膜法水處理過程包括壓力驅動膜過程(微濾、超濾、納濾)、滲透壓驅動膜過程、膜生物反應器、膜蒸餾、油水分離膜、重金屬去除及殺菌等。

      【圖文導讀】

      1、本綜述首先論述了不同條件對于納米纖維膜制備的影響,包括聚合物紡絲溶液的性質、紡絲條件、及環境條件。

      圖一、納米纖維膜制備過程及主要影響因素。

      01.png

      2、本綜述總結了不同噴絲頭設計對于所制備得到的納米纖維膜的化學性質及物理形貌的影響。

      圖二、噴絲頭設計及其對納米纖維膜性能的影響

      02.png

      3、本綜述將納米纖維膜的后處理分成了三大類,并分別對其改性方法、改性目的及其作用進行了詳細闡述,其中包括單根納米纖維內部改性、單根納米纖維表面改性、納米纖維膜表面涂敷。

      圖三、納米纖維膜改性方法:

      03.png

      A.(1)將納米粒子嵌入納米纖維中;(2)混合聚合物納米纖維制備;(3)核殼結構納米纖維制備;B. 單根納米纖維表面改性;C. 納米纖維膜表面涂敷。

      4、本綜述針對不同的膜過程中納米纖維膜的研究現狀及其存在問題進行了論述。

      在微濾過程中,納米纖維膜可有效去除微米級顆粒物并獲得極高通量。但膜污染現象嚴重,顆粒物容易在納米纖維膜表面或膜孔徑內沉積,導致膜通量的大幅降低。在超濾及納濾中,納米纖維膜需通過界面聚合的方法在其表面上涂敷一層超薄的致密選擇層。通過對選擇皮層的控制可有效截留蛋白質、有機物、二價鹽等。在超濾及納濾過程中,納米纖維膜的抗污染性能,以及高操作壓力下納米纖維膜的穩定性及機械強度有待于進一步加強。近些年,通過納米纖維基體制備正滲透及壓力延遲滲透膜也是一項研究熱點,其主要的挑戰在于如何在納米纖維粗糙表面通過界面聚合方法制備表面聚酰胺層,及聚酰胺層在長期使用過程的穩定性、如何改善納米纖維基體的機械強度,使其在高壓應用下不失去原有的高孔隙率。另外,也有研究工作將納米纖維膜用于膜生物反應器中,并研究了納米纖維的親疏水性以及納米纖維尺寸對膜效率的影響。由于納米纖維膜的高表面粗超度,由疏水材料制備的納米纖維膜通常具有更高的表面接觸角,因此更適用于膜蒸餾過程。并且,有大量研究通過調整紡絲溶液或者后處理方法制備超疏水納米纖維復合膜,從而進一步提高膜材料在膜蒸餾過程中的穩定性。另外,該綜述還討論了改性納米纖維膜對重金屬的吸附回收及其殺菌作用。

      【總結與展望】

      本文總結了納米纖維膜在膜法水處理方向的最新研究進展,包括納米纖維膜制備的主要影響因素、納米纖維膜的后處理改性方法以及納米纖維膜在膜法水處理方面的應用及其存在的問題。雖然納米纖維膜針對水處理過程的研發工作已經取得了令人矚目的進展,但仍然具有廣闊的進步空間。作者提出了靜電紡絲納米纖維膜仍需改善的幾個方面:(1)超細納米纖維的制備。靜電紡絲所制備的納米纖維尺寸通常在100納米至1微米之間。而由這些尺寸的納米纖維重疊覆蓋而成的納米纖維膜孔徑通常在微濾范圍內。為了進一步縮小膜孔徑、提高納米纖維膜的截留效果、有效支撐復合膜皮層,有必要研究如何通過靜電紡絲得到直徑低于100納米的超細纖維。(2)增強復合膜皮層與納米纖維膜基體的結合力。由于納米纖維膜的高表面粗糙度及高表面孔隙率,納米纖維基體與表面皮層的結合作用及其在長期使用過程中的穩定性還需進一步研究及優化。(3)納米纖維膜的膜污染問題。同樣由于納米纖維膜的高表面粗糙度及高孔隙率,污染物容易停留在納米纖維膜的表面及內部,難以清洗。如何通過選擇基體材料、調整膜孔徑、及有效的后處理方法減輕膜污染仍需更深入的系統研究。(4)靜電紡絲可用于制備得到多種功能化納米結構,例如中空納米纖維、取向納米纖維等。而如何在工業上大規模生產這些功能納米纖維尚需從業人員的努力。


      上一篇:南京大學張煒銘教授課題組在多功能雜化超濾膜水處理領域取得新進展

      下一篇:沒有了!

      股票代碼:300437

      清水源         %

      Copyright ? 2018-2019 河南清水源科技股份有限公司 All Rights Reserved. 豫ICP備16025519號
      高清一本道理在线观看