海水淡化技術研究室在新型水處理納米纖維膜研究領域取得進展
來源:科技發展處 發布時間: 2020-12-11

膜蒸餾具有操作條件溫和、能處理高含鹽進水等特點,作為一種脫鹽技術近年來引起了很大關注。膜蒸餾的核心是疏水微孔膜的設計和開發,一種優良的膜蒸餾膜不僅應具有高疏水性,還應該具有高孔隙率、低導熱等特點,以促進傳質的同時盡量抑制熱傳導。靜電紡納米纖維膜具有高孔隙率、易于疏水功能化設計等特點,而且相轉換等其它制膜方法相比,具有更寬泛的材料選擇。
聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)是一種具有優良力學性能的疏水性材料,而且同其他材料(PTFE,PVDF,PP等)相比,PET導熱系數很低,能夠有效抑制膜蒸餾過程中的熱傳導,提高熱量利用率。
淡化室研究人員以可口可樂瓶子為原料,利用靜電紡絲技術制備成PET納米纖維膜,用含氟碳鏈改性劑對其進行表面疏水性增強,獲得了一種性能優良的納米纖維膜蒸餾膜,并圍繞制備及膜蒸餾工藝對膜的性能影響進行了系統的研究,研究成果以“Application of electrospun nanofibrous amphiphobic membrane using low cost poly (ethylene terephthalate) for robust membrane distillation”為題發表在2020年8月的《Journal of Water Processing Engineering》期刊(2020,36,101351)。
工業的迅猛發展使得水中重金屬離子(Hg2+,Pb2+,Cd2+,Cr6+,As3+等)的污染成為危害環境和人類健康的一個重要問題。不同于有機污染物,重金屬離子不能被降解,可通過食物鏈的富集而不斷沉積在生物體內。同其它方法(如沉淀法、膜分離法、混凝/沉淀法、蒸發回收法、萃取法、氧化/還原法等)相比,吸附法具有成本低、操作簡單、易再生等優點,而且無論是物理吸附還是化學吸附,吸附劑都很容易實現再生,因此在重金屬去除領域獲得了很大關注。吸附法去除重技術離子的核心是高性能吸附劑。
金屬有機骨架(metal-organic frameworks, MOFs)是近二十年來發展起來的一種由金屬離子或簇與有機配體通過配位鍵組裝而成的一類具有二維或者三維框架結構的晶態多孔材料。MOFs具有拓撲結構多樣、孔隙率高、孔道尺寸可調、表面官能團易于功能化等優點,最重要的是MOFs的比表面積遠遠大于其它吸附材料,在1000-10000m2/g之間,是作為吸附材料的最佳選擇。
近期,淡化室研究人員就MOFs在重金屬離子去除領域的研究進展進行了廣泛的調研,對基于MOFs的多種不同材料的設計和性能應用進行了研究,尤其對MOFs與靜電紡絲納米纖維膜的結合方面進行了探討,并與天津工業大學劉倩副教授、日本九州大學Rasel Das博士合作,以“Metal Organic Framework (MOF)-Based Micro/Nanoscaled Materials for Heavy Metal Ions Removal: The Cutting-Edge Study on Designs, Synthesis, and Applications”為題撰寫評述性文章,發表在2021年1月的《Coordination Chemistry Review》期刊(2021,427C, 213554),《Coordination Chemistry Reviews》是由Elsevier出版的學術期刊,是目前化學學科最具權威性的綜述性學術期刊之一(JCR化學一區,2019年最新影響因子15.367)。
后續研究中,將進一步對基于納米纖維膜的水處理膜及膜材料進行創新性設計、制備和性能優化。