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海水淡化技術(shù)研究室在新型水處理納米纖維膜研究領(lǐng)域取得進(jìn)展

來源:科技發(fā)展處    發(fā)布時間: 2020-12-11


   膜蒸餾具有操作條件溫和、能處理高含鹽進(jìn)水等特點(diǎn),作為一種脫鹽技術(shù)近年來引起了很大關(guān)注。膜蒸餾的核心是疏水微孔膜的設(shè)計(jì)和開發(fā),一種優(yōu)良的膜蒸餾膜不僅應(yīng)具有高疏水性,還應(yīng)該具有高孔隙率、低導(dǎo)熱等特點(diǎn),以促進(jìn)傳質(zhì)的同時盡量抑制熱傳導(dǎo)。靜電紡納米纖維膜具有高孔隙率、易于疏水功能化設(shè)計(jì)等特點(diǎn),而且相轉(zhuǎn)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(yōu)良力學(xué)性能的疏水性材料,而且同其他材料(PTFE,PVDF,PP等)相比,PET導(dǎo)熱系數(shù)很低,能夠有效抑制膜蒸餾過程中的熱傳導(dǎo),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(shù)制備成PET納米纖維膜,用含氟碳鏈改性劑對其進(jìn)行表面疏水性增強(qiáng),獲得了一種性能優(yōu)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(jìn)行了系統(tǒng)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(fā)表在2020年8月的《Journal of Water Processing Engineering》期刊(2020,36,101351)。
   工業(yè)的迅猛發(fā)展使得水中重金屬離子(Hg2+,Pb2+,Cd2+,Cr6+,As3+等)的污染成為危害環(huán)境和人類健康的一個重要問題。不同于有機(jī)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(nèi)。同其它方法(如沉淀法、膜分離法、混凝/沉淀法、蒸發(fā)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(yōu)點(diǎn),而且無論是物理吸附還是化學(xué)吸附,吸附劑都很容易實(shí)現(xiàn)再生,因此在重金屬去除領(lǐng)域獲得了很大關(guān)注。吸附法去除重技術(shù)離子的核心是高性能吸附劑。
   金屬有機(jī)骨架(metal-organic frameworks, MOFs)是近二十年來發(fā)展起來的一種由金屬離子或簇與有機(jī)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(jié)構(gòu)的晶態(tài)多孔材料。MOFs具有拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)多樣、孔隙率高、孔道尺寸可調(diào)、表面官能團(tuán)易于功能化等優(yōu)點(diǎn),最重要的是MOFs的比表面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(lǐng)域的研究進(jìn)展進(jìn)行了廣泛的調(diào)研,對基于MOFs的多種不同材料的設(shè)計(jì)和性能應(yīng)用進(jìn)行了研究,尤其對MOFs與靜電紡絲納米纖維膜的結(jié)合方面進(jìn)行了探討,并與天津工業(yè)大學(xué)劉倩副教授、日本九州大學(xué)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(fā)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(xué)術(shù)期刊,是目前化學(xué)學(xué)科最具權(quán)威性的綜述性學(xué)術(shù)期刊之一(JCR化學(xué)一區(qū),2019年最新影響因子15.367)。
   后續(xù)研究中,將進(jìn)一步對基于納米纖維膜的水處理膜及膜材料進(jìn)行創(chuàng)新性設(shè)計(jì)、制備和性能優(yōu)化。
 


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