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海水淡化技术研究室在新型水处理纳米纤维膜研究领域取得进展

来源:科技发展处    发布时间: 2020-12-11


   膜蒸馏具有操作条件温和、能处理高含盐进水等特点,作为一种脱盐技术近年来引起了很大关注。膜蒸馏的核心是疏水微孔膜的设计和开发,一种优良的膜蒸馏膜不仅应具有高疏水性,还应该具有高孔隙率、低导热等特点,以促进传质的同时尽量抑制热传导。静电纺纳米纤维膜具有高孔隙率、易于疏水功能化设计等特点,而且相转换等其它制膜方法相比,具有更宽泛的材料选择。
   聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是一种具有优良力学性能的疏水性材料,而且同其他材料(PTFE,PVDF,PP等)相比,PET导热系数很低,能够有效抑制膜蒸馏过程中的热传导,提高热量利用率。
   淡化室研究人员以可口可乐瓶子为原料,利用静电纺丝技术制备成PET纳米纤维膜,用含氟碳链改性剂对其进行表面疏水性增强,获得了一种性能优良的纳米纤维膜蒸馏膜,并围绕制备及膜蒸馏工艺对膜的性能影响进行了系统的研究,研究成果以“Application of electrospun nanofibrous amphiphobic membrane using low cost poly (ethylene terephthalate) for robust membrane distillation”为题发表在2020年8月的《Journal of Water Processing Engineering》期刊(2020,36,101351)。
   工业的迅猛发展使得水中重金属离子(Hg2+,Pb2+,Cd2+,Cr6+,As3+等)的污染成为危害环境和人类健康的一个重要问题。不同于有机污染物,重金属离子不能被降解,可通过食物链的富集而不断沉积在生物体内。同其它方法(如沉淀法、膜分离法、混凝/沉淀法、蒸发回收法、萃取法、氧化/还原法等)相比,吸附法具有成本低、操作简单、易再生等优点,而且无论是物理吸附还是化学吸附,吸附剂都很容易实现再生,因此在重金属去除领域获得了很大关注。吸附法去除重技术离子的核心是高性能吸附剂。
   金属有机骨架(metal-organic frameworks, MOFs)是近二十年来发展起来的一种由金属离子或簇与有机配体通过配位键组装而成的一类具有二维或者三维框架结构的晶态多孔材料。MOFs具有拓扑结构多样、孔隙率高、孔道尺寸可调、表面官能团易于功能化等优点,最重要的是MOFs的比表面积远远大于其它吸附材料,在1000-10000m2/g之间,是作为吸附材料的最佳选择。
   近期,淡化室研究人员就MOFs在重金属离子去除领域的研究进展进行了广泛的调研,对基于MOFs的多种不同材料的设计和性能应用进行了研究,尤其对MOFs与静电纺丝纳米纤维膜的结合方面进行了探讨,并与天津工业大学刘倩副教授、日本九州大学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”为题撰写评述性文章,发表在2021年1月的《Coordination Chemistry Review》期刊(2021,427C, 213554),《Coordination Chemistry Reviews》是由Elsevier出版的学术期刊,是目前化学学科最具权威性的综述性学术期刊之一(JCR化学一区,2019年最新影响因子15.367)。
   后续研究中,将进一步对基于纳米纤维膜的水处理膜及膜材料进行创新性设计、制备和性能优化。
 


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