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    過(guò)程工程所提出新型聚四氟乙烯中空纖維膜制備方法

    
    
    
    
    
    發(fā)布時(shí)間：

    
    
    2024-03-14
    

    
    
    　　近日，中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所提出以乳液靜電紡絲的方法制備一種基于納米纖維組裝的新型聚四氟乙烯(PTFE)中空纖維膜。相對(duì)于傳統(tǒng)機(jī)械拉伸法制備的PTFE中空纖維膜，該膜兼具納米纖維膜(高孔隙率)和中空纖維膜(自支撐性和高裝填密度)的優(yōu)點(diǎn)，整個(gè)制膜過(guò)程無(wú)需使用有機(jī)溶劑和潤(rùn)滑劑，實(shí)現(xiàn)了PTFE中空纖維膜綠色制備和膜性能的新突破。
    


    　　PTFE以其優(yōu)異的耐腐蝕性、熱穩(wěn)定性和疏水性而被認(rèn)為是一種理想的疏水膜材料，但是其難被溶解，熔融流動(dòng)性差，難以進(jìn)行加工。目前PTFE中空纖維膜的唯一加工方法是機(jī)械拉伸法，但是該方法所制備的膜孔隙率低，嚴(yán)重制約了分離過(guò)程的效率。
    


    　　過(guò)程工程所研究員曹宏斌團(tuán)隊(duì)提出以水溶液粘度高、易于熱分解的聚氧乙烯(PEO)作為粘結(jié)劑和PTFE顆?；旌铣伤约徑z液，以非旋轉(zhuǎn)線電極作為連續(xù)化制備的接收器。PEO包覆PTFE顆粒在高電壓下被拉伸成PTFE/PEO混合納米纖維，沉積在線電極上形成初始膜。在一定溫度下燒結(jié)后，初始膜中的PEO分子被完全分解，PTFE顆粒之間熔融成納米纖維并通過(guò)纖維節(jié)點(diǎn)粘結(jié)組裝成目標(biāo)PTFE中空纖維膜。
    


    　　該膜在膜蒸餾應(yīng)用中蒸汽通量達(dá)到商業(yè)PTFE中空纖維膜的4.6～8.8倍、文獻(xiàn)報(bào)道的3.2～11.6倍。纖維的微-納多級(jí)結(jié)構(gòu)賦予該膜超疏水性，在長(zhǎng)時(shí)間和鹽度不斷升高的膜蒸餾實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出高而穩(wěn)定的脫鹽性能，表明其在海水淡化、高鹽廢水處理等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。
    


    　　相關(guān)成果發(fā)表在國(guó)際膜科學(xué)期刊Journal of Membrane Science上(J. Membr. Sci. 2019, 583, 200-208)，被中國(guó)膜工業(yè)協(xié)會(huì)官網(wǎng)、科學(xué)網(wǎng)、搜狐網(wǎng)等媒體轉(zhuǎn)載報(bào)道。
    


    　　過(guò)程工程所環(huán)境資源化技術(shù)與工程課題組近年在納米纖維膜的功能/性能強(qiáng)化和規(guī)模化制備方法上進(jìn)行了系列研究。為了提高納米纖維膜的裝填密度，研究人員首先提出了將納米纖維組裝成中空膜結(jié)構(gòu)(Mater. Lett. 2017, 204, 8-11.);基于對(duì)紡絲過(guò)程中納米纖維運(yùn)動(dòng)軌跡的分析，開(kāi)發(fā)了納米纖維中空膜規(guī)模化靜電紡絲的新技術(shù)和理論(J. Membr. Sci., 2018, 562, 38-46)，該膜被成功應(yīng)用于廢水氨回收且表現(xiàn)出較高選擇性和通量(Sep. Purif. Technol. 2019, 216, 136-146);提出了快捷、廣譜的調(diào)控納米纖維膜孔徑分布和機(jī)械強(qiáng)度的新焊接方法(C Su, et al. J. Membr. Sci., 2019);利用增材制造的原理層層沉積納米纖維和微米團(tuán)簇，提高了膜的抗結(jié)垢性能(C Su, et al. Environ. Sci. Technol. 2019)。
    


    　　以上工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金以及國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等的支持。