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易丝帮盘点:2018年静电纺丝纳米纤维在水处理方面的研究成果集锦
2019/1/4 11:33:51 易丝帮 0 条评论 邀请点评

      随着经济社会的发展和人类活动的加剧,水资源承载了越来越大的压力,并逐渐产生一系列的污染问题,制约着人类社会的发展。静电纺丝作为一种制备膜材料的新技术,所制备的膜材料具有孔径小、孔隙率高、孔连通性好、面密度小等优点,相对传统滤膜,其具有过滤效率高、水通量大的特点。目前静电纺纳米纤维已广泛在过滤与分离操作中使用,主要包括水净化和重金属污水的处理、离子交换法工业污水处理、饮用水的处理以及油水分离系统等。

鉴于此,易丝帮小编整理了2018年静电纺丝纳米纤维在水处理应用方面的部分研究成果,方便大家全面了解其研究进展。

1. Adv.Funct.Mater. 仿生超润湿电纺微/纳米纤维进展


北京航空航天大学赵勇教授课题组总结了静电纺丝技术在生成各种分层结构纳米纤维方面的进展,介绍了最近制备具有超润湿性的电纺微/纳米纤维的方法。进一步阐述了电纺纳米纤维材料在液体混合物分离、水收集、单向液体渗透和环保材料中的重要作用。最后总结了目前电纺超润湿纳米纤维材料的挑战和展望。相关研究成果以“Bioinspired Superwettability Electrospun Micro/Nanofibersand Their Applications”为题发表于Advanced Function Materials上。

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2. Adv. Func. Mater. 电纺高效油/水分离纳米纤维膜


东华大学丁彬教授课题组通过同步电喷雾和静电纺丝的简易策略,在电纺纤维膜上制备仿生和超湿润的纳米纤维。所获得的纳米纤维表皮具有莲叶状微/纳米结构表面,由于分层粗糙度和亲水性聚合物基质的协同效应,其具有引人注目的超亲水性和水下超疏油性。超薄、高孔隙率、亚微米多孔表层使得复合纳米纤维膜表现出优异的性能,用于分离高度乳化的无表面活性剂和表面活性剂稳定的水包油乳液。超高渗透通量高达5152 L m -2 h -1,分离效率> 99.93%。此外,其还具有相似的分离性能,显示出对节能过滤的显著适用性。该膜具有优异的抗油污染性能,具有良好的长期分离可重复使用性,有望用于大规模含油废水的修复。相关研究成果以“Biomimetic and Superwettable Nanofibrous Skins for Highly Efficient Separation of Oil-in-Water Emulsions广东11选5开奖结果”为题目发表于Advanced Function Materials上。

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3. J. Mater. Chem. A 油水分离用超高性能电纺聚乳酸膜


四川大学傅强教授团队提出了一种新的低温烧结机制该机制可显著改善纤维间的粘合性和所得的膜性能。电纺膜的拉伸强度和杨氏模量分别从0.9MPa和23.7MPa显著提高到11.1MPa和546.2MPa。重要的是,在不改变电纺膜的原始多孔结构的情况下实现机械性能增强。具有优异的氯仿/水分离能力的烧结膜而不会被破坏以及发生溶胀现象。研究结果表明,通过界面立构复合结晶,制造具有优异机械强度和良好分离性能的PLA纳米纤维膜是一种非常有效的方法。相关研究成果以“Ultrahigh-performance electrospun polylactide membranes with excellent oil/water separation ability via interfacial stereocomplex crystallization”为题目发表于Journal of Materials Chemistry A上。

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4. J. Mater. Chem. A :PVDF油水分离膜材料


浙江理工大学王建强、王际平和刘富教授针对油水废液的复杂性和膜界面稳定性的制约,以及油水分离膜受限于膜的低通量和易污染性的问题,采用静电纺丝技术,通过将静电纺丝和静电喷涂相结合,制备得到了具有超高通量的PVDF纳米纤维油水分离膜,具有独特的微米级纤维及纳米级微球复合的结构。将该膜应用于高粘度的十甲基环五硅氧烷包水体系时,渗透系数高达88166±652 (分离效率>99%),远高于已报道数据。该方法制备过程简单,无需复杂的表面改性过程,是一种适宜工业化生产的新方法。相关研究成果以“Facile fabrication of nanofiber- and micro/nanosphere-coordinated PVDF membrane with ultrahigh permeability of viscous water-in-oil emulsions”为题目发表于Journal of Materials Chemistry A上。

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5. J. Mater. Chem. A 高效防污、抗菌性超滤纳米纤维膜


武汉理工大学董丽杰教授课题组通过在溶液中混合两亲性多臂可熔性聚对苯二甲酰对苯二胺(f-PPTA)和聚偏氟乙烯(PVDF),然后进行静电纺丝获得自支撑亲水性纳米纤维膜。在操作6小时后,膜保留了约89%的初始通量,并且蛋白质排斥也保持在98.7%。具有亲水链的膜改善了防污能力,防止膜表面和内部孔结构被污染。另外,作为基于聚合物的抗菌剂,f-PPTA在改善抗菌活性中起到了关键作用。研究表明,该膜实现了可持续的高渗透通量的综合性能,以及显著的防污和抗菌活性。因此,其在水处理应用中成为潜在的候选者。相关研究成果以“A high-efficiency ultrafiltration nanofibrous membrane with remarkable antifouling and antibacterial ability”为题目发表于Journal of Materials Chemistry A上。

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6. J. Mater. Chem. A 电纺a-WO3/PAN纳米纤维膜用于水净化和贵金属回收


山东大学陈代荣教授团队研究者通过电纺将非晶-WO3(a-WO3)结合到聚合物纳米纤维中得到纳米纤维膜(NFM)。
通过太阳光照射,NFM转变为蓝色状态。将其放在含有金属离子的溶液中,水中的金属化合物被还原并均匀快速地沉积在纳米纤维的表面。此外,NFM可用于贵金属回收。从水中去除的贵金属被自发地还原并作为元素金属纳米颗粒沉积在NFM上,其可以容易地分离和再循环,将金属污染物转化为有价值的材料。这些NFM成本低、环境友好、易于大规模生产。因此,它们在有毒金属废水中具有快速、高效去除和回收金属的巨大潜力。相关研究成果以“Fast, simultaneous metal reduction/deposition on electrospun a-WO3/PAN nanofiber membranes and their potential applications for water purification and noble metal recovery”为题目发表于Journal of Materials Chemistry A上。

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7. ACS Appl. Mater. Interfaces 可用于环境修复的新型柔性自支撑纳米纤维膜


中国科学院生态研究中心赵旭研究员团队通过静电纺丝工艺成功制备了一种新型的柔性自支撑Pt/Al2O3纳米纤维膜催化剂。在合成过程中,Pt纳米颗粒的嵌入与Al2O3纳米纤维的形成同时进行。Pt/Al2O3膜显示出显著的机械性能,拉伸应力高达44.14MPa。值得注意的是,Pt/Al2O3膜具有多功能性和优异的催化性能特征。催化实验表明,当Pt/Al2O3膜用作催化剂时,在60分钟内100%的双酚A被除去,在242℃温度下,100%的CO完全转化为CO2。该膜还具有优异的过滤性能,可以明显降低水的混浊度,并满足了颗粒空气过滤器高效率的标准。此外,该膜具有优异的柔韧性、机械性能和多功能性,因此,其扩展了Pt/Al2O3纳米纤维膜潜在的应用范围。相关研究成果以”Novel Flexible Self-Standing Pt/Al2O3 Nanofibrous Membranes: Synthesis and Multifunctionality for Environmental Remediation”为题目发表于ACS Applied Materials & Interfaces。

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8. ACS Appl. Mater. Interfaces 仿生和超湿润纳米纤维膜


丁彬与俞建勇教授共同探讨仿生和超湿润纳米纤维膜在净化乳化含油废水方面的应用,共同完成了多层纳米纤维膜的制备,其具有地球自然结构的灵感,用于重力驱动水净化。所得到的仿生多层纳米纤维膜具有三个具有设计功能的单层,即无机纳米纤维层,可以阻止油的严重侵入,防止聚合物基体的破坏性结垢;亚微米多孔层,设计有蜂窝状空腔,可捕获较小的油滴,确保较好的透水性;具有较大孔径的高多孔纤维基质提供模板支撑并允许水快速通过。因此,通过三个功能层的配合,所得复合膜具有优异的抗油污性能和坚固的水包油乳液分离性能,仅在重力作用下具有良好的分离效率和竞争性渗透通量。膜用于乳液的渗透通量高达5163 L m-2 h-1,分离效率为99.5%。这一研究为开发用于含油废水修复的新一代特定膜提供新思路。相关研究成果以“Biomimetic Multilayer Nanofibrous Membranes with Elaborated Superwettability for Effective Purification of Emulsified Oily Wastewater”为题发表于ACS Applied Materials & Interfaces上。

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9. Chem. Eng. J. 用于过滤吸附有机染料的电纺膜


西南交通大学王勇教授团队研究人员借助聚多巴胺(PDA)在电纺聚(偏二氟乙烯)(PVDF)纳米纤维上沉积聚吡咯(PPy)颗粒,制备出具有“核-壳”结构的新型复合纳米纤维
。复合纳米纤维同时对阳离子和阴离子染料具有良好的吸附能力,MB和CR最大吸附容量分别为370.4和384.6mg/g。复合纳米纤维表现出良好的再生能力。还测量了对Cr(VI)的去除能力,其吸附容量为126.7mg/g。因此,对阳离子/阴离子染料和重金属离子的优异吸附能力赋予复合纳米纤维膜在废水处理中的巨大潜力。相关研究成果以“Polydopamine-assisted deposition of polypyrrole on electrospun poly(vinylidene fluoride) nanofibers for bidirectional removal of cation and anion dyes”为题目发表于Chemical Engineering Journal上。

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10. Chem. Eng. J. 亲水性电纺PAN/AgBr/Ag纤维膜高效净化多组分废水


山东大学焦秀玲教授等人采用电纺丝和湿化学相结合的方法,合理地设计和制备了聚丙烯腈(PAN)/AgBr/Ag纤维膜
。首先,作者研究了PAN/AgBr/Ag纤维膜的物理化学性质和电子结构。此外,进一步探究了PAN/AgBr/Ag纤维膜的分离光催化、杀菌和过滤性能,结果表明其对多种模拟有机污染具有优异的光降解性能和优良的抗菌活性。最后,对其处理废水的综合性能和机械强度进行了研究,研究结果表明该膜具有良好的处理废水的能力。总之,PAN/AgBr/Ag纤维膜显示了对废水的净化能力。此外,由于PAN/AgBr/Ag膜中Ag含量低,易于放大,这种自支撑的PAN/AgBr/Ag膜在实际废水处理中具有很大的潜力。相关研究成果以“Efficient decontamination of multi-component wastewater by hydrophilic electrospun PAN/AgBr/Ag fibrous membrane”为题目发表于Chemical Engineering Journal上。

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11. J. Membr. Sci. 结合电纺制备不对称超润湿的Janus膜用于膜蒸馏


哈尔滨工业大学王威教授团队提出了一种顺序电喷雾方法,用于制造透气且不对称超润湿的Janus皮层,该层与电纺疏水性PVDF纳米纤维膜相结合,以防止膜污染并保持膜的耐久性。
该复合膜具有疏水性PVDF纤维膜基底,孔隙结构相互连通,并且通过简单地调节含有亲水或疏水二氧化硅纳米粒子的电喷雾溶液的浓度,使得不对称超润湿的Janus皮层分别具有水下超疏油性和空气中超疏水性。值得注意的是,用于构建Janus表皮的顺序电喷雾工艺可能适用于各种其他选择性分离。相关研究成果以“Breathable and asymmetrically superwettable Janus membrane with robust oil-fouling resistance for durable membrane distillation广东11选5开奖结果”为题目发表在期刊Journal of Membrane Science上。

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12. J. Membr. Sci. 电纺纤维复合膜用于恶劣环境中高效油水乳液分离


研究者构建了新型的热稳定和化学稳定的聚(亚芳基醚腈)/埃洛石纳米管插层氧化石墨烯纳米纤维复合膜
。通过静电纺丝和热压制备了多孔聚(亚芳基醚腈)(PEN)纳米纤维支撑层,然后通过真空过滤是埃洛石纳米管(HNTs)插层氧化石墨烯(GO)组装到多孔PEN纳米纤维支撑层上。最后,加入聚多巴胺对其进行改性。该复合膜表现出高的优选截留率(大于99.0%)和对各种油/水乳液显着的防污性能。此外,该复合膜具有高渗透通量(1130.56L/m2·h)。所得复合膜可分离出各种高温(90℃)、强腐蚀性酸性(pH=1)和碱性油性乳液,且分离效率高,重复使用性好,适用于水净化和资源回收。相关研究成果以“Thermally and chemically stable poly(arylene ether nitrile)/halloysite nanotubes intercalated graphene oxide nanofibrous composite membranes for highly efficient oil/water emulsion separation in harsh environment”为题目发表于Journal of Membrane Science上。

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13. J. Membr. Sci. 基于无氟体系构建超疏水-超亲油静电纺丝纤维膜


南京林大黄超伯教授和东南大学付国东教授首先制备电纺聚酰亚胺(PI)纳米纤维,然后原位聚合含二氧化硅纳米颗粒的聚合物聚苯并嗯嗪(PBZ)单体构建超疏水/超亲油电纺膜(SNP/PBZ/PI膜)。
所得的PI基膜具有优异的超疏水性和超亲油性,水接触角高于154°且油接触角接近0°。同时,该膜具有良好的化学和热稳定性以及高耐盐性。此外,用于分离各种油/水混合物时,该膜具有高分离效率(99%以上)和高通量(4798 L·m-2·h-1)以及良好的可重复使用性和滤液中的油含量低于5 ppm等优点。值得注意的是,该研究提供了一种简单而经济的技术来制备可用于含油废水处理和溢油处理的超疏水/超亲油静电纺丝膜。相关研究成果以“Fabrication of highly durable and robust superhydrophobic-superoleophilic nanofibrous membranes based on a fluorine-free system for efficient oil/water separation广东11选5开奖结果”为题目发表于Journal of Membrane Science上。

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14. J. Membr. Sci. 电纺丝法制备管状PTFE/FEP超细纤维多孔膜用于连续高效油水分离


天津工业大学肖长发教授课题组提出了一种简单、经济、环保的连续油水分离过滤材料制备的新策略。
作者通过简单的静电纺丝和热处理的方法制备出具有特殊的、稳定润湿性的管状聚四氟乙烯/聚(四氟乙烯-六氟丙烯)超细纤维多孔膜。该膜具有良好的中空结构,FEP粒子的引入充分融合了高度互联的纤维网络结构,从而形成了均匀的膜孔尺寸。结果表明,所制备的膜能高效分离不同类型的表面活性剂稳定油-水乳液。相关研究成果以“Robust preparation of tubular PTFE/FEP ultrafine fibers-covered porous membrane by electrospinning for continuous highly effective oil/water separation”为题目发表于Journal of Membrane Science上。

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15. ACS Sustainable Chem. Eng. 受虾壳启发构建纳米纤维膜用于高效分离油/水乳液和去除重金属离子


福建师范大学研究者受虾壳自清洁效率的启发,尝试以贝类废弃物为原料,通过真空过滤几丁质纳米纤维悬浮液,在不进行任何化学修饰的情况下,构建了新型油/水乳液纳米纤维分离膜
。研究结果表明,CNM表现出优异的机械强度、可回收性能、热稳定性和抗PH性能。此外,CNM具有可持续性、耐化学性、耐热性、多功能性和优异的油水分离效率等特点,在实际油水处理中具有很高的潜力。因此,该研究不仅可以处理油水乳化分离问题,还能促进虾蟹废弃物的利用。相关研究成果以“Shrimp Shell-inspired Antifouling Chitin Nanofibrous Membrane for Efficient Oil/Water Emulsion Separation with in Situ Removal of Heavy Metal Ions”为题目发表于 ACS Sustainable Chemistry Engineering 上。

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16. Environ. Sci. Technol. 嵌入TiO2的多孔电纺纤维用于吸附和光催化降解水污染物


研究者使用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和聚(偏氟乙烯)(PVDF)、P25-TiO2构建了多孔电纺纤维薄膜垫
。通过溶解牺牲PVP来引入孔隙以增加表面积和增强二氧化钛的接触点。当PVDF:PVP重量比为2:1时实现了最高的光催化活性。亚甲基蓝(MB)作为污染物,吸附能力(5.93±0.23 mg/g)并证明UVA照射下超过10个循环稳定去除动力学(kMB>0.045 min-1),该光催化垫可降解含双酚A和17α-乙炔废水(17 mg TOC/L)。研究结果表明,有效的TiO2固定在聚合物中既可以提高效率,又可以降低光催化水处理的能量需求。相关研究成果以“Porous Electrospun Fibers Embedding TiO2 for Adsorption and Photocatalytic Degradation of Water Pollutants”为题发表于Environmental Science Technology上。

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17. Prog. Polym. Sci. 用于水处理的电纺聚合物纳米纤维膜


南洋理工大学的王蓉教授等人总结了电纺聚合物膜的制造和改性方面的最新进展,特别强调了它们在水处理应用中的进步、挑战和未来的改进方向
。文章首先简要介绍了静电纺丝的复杂过程,阐述了聚合物溶液的固有性质、操作参数和周围环境条件对纳米纤维和纳米纤维膜形成的影响,总结了静电纺丝设备的各种设计。随后回顾了制备多功能复合ENM的方法,包括纳米纤维的改性,将目标分子加载到纳米纤维表面,以及在ENM表面实施选择性层。随后作者提供了关于过去在水处理中使用复合ENM的成就和当前挑战的综合讨论。相关研究成果以“Progress in electrospun polymeric nanofibrous membranes for water treatment: Fabrication, modification and applications广东11选5开奖结果”为题发表于Progress in Polymer Science上。

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文章关键词: 水处理 , 静电纺丝
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