DOI:10.1016/j.memsci.2020.118014

采用近场静电纺丝（NFES）方法制备了具有规则几何孔结构的聚四氟乙烯（PTFE）薄膜。首先，利用计算机辅助设计（CAD）对膜的孔几何形状（三角形、菱形、正方形、六边形及其不同尺寸）进行了设计。其次，将PTFE乳液与载体（PVA水溶液）组成的PTFE纺丝液电纺成具有规则几何孔结构的新生PTFE/PVA膜。最后，对新生膜进行烧结处理，得到NFES-PTFE膜。研究了PTFE/PVA质量比、烧结温度和退火条件、孔几何形状对膜形态、结构和性能的影响。结果表明，当PTFE/PVA质量比为6:1，在380℃烧结，随后在马弗炉中冷却时，方形膜具有良好的膜性能及综合性能。由于PTFE膜具有良好的疏水性，在无外加压力的情况下，膜具有较高的油通量（707 L·m-2·h-1）和高分离效率（截留率高达99.6%）。其次PTFE膜具有规整且精准的孔结构，因此可用来进行颗粒的顺序分离。采用不同孔径的PTFE膜对不同粒径（1、5、10、20μm）的混合二氧化硅（SiO2）进行连续分离，截留率达82.0%。

图1.NFES制备PTFE膜的示意图。

图2.油/水分离测试示意图。

图3.颗粒过滤测试示意图。

图4.（a）各种PTFE/PVA纺丝溶液的流变行为；（b）烧结前后PTFE膜的成分比较：（1）FTIR光谱，（2）TG曲线；（c）具有不同质量比的膜的SEM图像：（1）M-4，（2）M-6，（3）M-8，（4）M-10。

图5.膜的DSC曲线：（a）不同的烧结温度；（b）不同的退火温度。

图6.（1）不同烧结温度下M-S3的数字图像和（2）SEM图像：（a）280℃；（b）330℃；（c）380℃；（d）430℃。

图7.不同退火条件的XRD图。

图8.具有不同孔几何形状的单层NEFS PTFE膜的光学显微镜图像：（a）三角形；（b）菱形；（c）正方形；（d）六角形。插图是侧面长度为0.6 mm的CAD设计照片。

图9.（1）NFES PTFE膜的数字图像，（2）光学显微镜图像（×13.2）和（3）3D CLSM图像：（a）M-S1；（b）M-S2；（c）M-S3；（d）M-S4。

图10.NEFS PTFE膜的水接触角、底油水接触角和油接触角的图像。

图11.（a）油/水分离工作流程的图像；（b）渗透通量和分离效率；（c）酒精清洗后的煤油通量回收率；（d）M-S3对不同类型油的分离效率。

图12.（a）用于顺序过滤实验的SiO2粒度分布的饼图；（b）顺序过滤实验的渗透通量和分离效率；（c）数字图像（1），光学显微镜图像（2）和收集溶液的尺寸分布图像（3）。