DOI:10.1016/j.memsci.2020.118709

通过3D打印近场静电纺丝（NFES）技术制备了具有规则几何孔结构的新型聚偏氟乙烯（PVDF）纤维膜。将PVDF/SiO2溶液静电纺丝成具有三角形、矩形、六边形和正方形以及圆柱形等一系列规则几何孔结构的纤维膜。所制备的PVDF纤维膜显示出优异的过滤性能，其具有1020.7 L·m-2·h-1的高通量，96.7％的颗粒截留率（将平均粒径为50μm的SiO2水分散体作为进料溶液时）。此外，还研究了孔几何形状（矩形的长宽比）对膜结构和过滤性能的影响。当长宽比从1:1增加到2:1时，水通量几乎提高了75.5％，同时颗粒截留率稳定在95％以上。更重要的是，利用AutoCAD中不同预设参数设计的膜，可以对不同粒径的微粒进行筛分和分离。这项工作表明，通过设计膜的孔几何形状可以有效地调节膜的渗透性能。该PVDF纤维膜具有规则的几何孔结构，非常适合在多种分离场合中进行精确分离。

图1.PVDF纤维膜的3D打印近场静电纺丝和过滤过程的示意图。

图2.过滤装置示意图。

图3.不同孔形状的SEM图像和几何参数（三角形-0.7mm，六角形-0.6mm，正方形-0.3mm）

图4.通过3D打印近场静电纺丝制备的PVDF纤维膜的数字图像。

图5.所制备的具有不同孔径（0.05、0.10、0.15、0.20、0.25mm，从上到下，a：×5000；b：×500；c×50）的膜样品的SEM图像。

图6.（a）孔径对膜孔隙率的影响（b）孔径对膜纯水通量的影响。

图7.孔径对表面润湿性的影响。

图8.孔径对力学性能的影响。

图9.膜对不同二氧化硅颗粒溶液的截留性能（操作压力：-0.02MPa）。

图10.相应的FRR、DRt和DRir值。

图11.操作时间对截留特性的影响。

图12.不同孔径膜的渗透溶液的光学图像，M-0表示进料溶液，M-1-M-5表示经M1-M5处理的渗透溶液。

图13.具有不同长宽比（a：×5000；b：×500；c：×50）的膜样品的SEM图像。

图14.长宽比对截留率的影响：（a）截留通量，（b）截留率。

图15.在显微镜观察下，不同长宽比的膜的进料和渗透溶液的光学图像，S-0表示进料溶液，S-1、S-2、S-3表示经S1、S2、S3处理的渗透溶液。