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嘉兴学院谢胜Sep. Purif. Technol.:PAN@PDMS同轴电纺纳米纤维气凝胶可有效去除油脂并分离油包水乳液
2021/6/22 10:23:55 易丝帮

DOI: 10.1016/j.seppur.2021.118740

用于去除油脂和有机溶剂的超级吸附剂在环境保护方面起着极其重要的作用。目前,迫切需要开发出对油和有机溶剂具有高选择性的环境友好型高性能吸附材料,该任务是极具挑战性的。本工作开发出了一种制备聚丙烯腈@聚二甲基硅氧烷(PAN@PDMS)同轴纳米纤维气凝胶(NFA)的简便且无氟的方法。合成步骤如下:同轴静电纺丝-冷冻干燥-原位聚合。所得PAN@PDMS NFAs在各种油和有机溶剂中均表现出优异的吸附能力(是其重量的55.43-127.37倍)和有效的油包水乳液分离性能,具体表现为较高的分离通量(1718±45 L·m-2·h-1)和优异的分离效率(99.47wt%以上)。尤其,NFAs具有出色的机械弹性(在80%应变下重复200次循环后,回收率达到83%以上),只需将油/有机溶剂挤出即可重复使用。更重要的是,PAN@PDMS NFAs对酸和碱等各种化学物质表现出良好的抗性。因此,这项研究为NFAs的制备提供了一种简便的方法,使其有望成为含油废水处理的环保型候选材料。

 

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图1.PAN@PDMS核-壳NFAs的合成示意图。


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图2.(a)初纺PAN@PDMS核-壳纳米纤维的SEM图像和(b)直径分布,(c)初纺PAN@PDMS核-壳纳米纤维的TEM图像,(d)均质化后,电纺纤维分散在叔丁醇/水(20/80w/w)中的照片,(e)置于狗尾草上的超轻PAN@PDMS核壳NFA的照片。


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图3.微观结构显示PAN@PDMS核-壳NFA在不同放大倍数下的分层孔结构。(a)低倍放大,(b)高倍放大,(c)进一步放大的SEM图像显示PAN@PDMS纳米纤维之间的结合。


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图4.PAN@PDMS核壳NFA的FTIR光谱和EDS映射。


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图5.NFAs的机械性能:(a)压缩和释放(ε=80%)下非交联NFA的照片,(b)压缩和释放(ε=80%)下交联NFA的照片,(c)不同应变(ε=40%,60%和80%)下交联NFAs的压缩应力-应变曲线,(d)交联NFAs的循环应力-应变曲线(ε=80%)。


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图6.交联PAN@PDMS核-壳NFA的润湿行为。(a-b)交联PAN@PDMS核-壳NFA表面上水滴和油的静态和动态行为,(c)交联PAN@PDMS核-壳NFA的银镜效应。


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图7.交联PAN@PDMS核-壳NFA的有机溶剂吸附性能:(a)去除浮在水面上的正己烷,(b)去除水底的氯仿。


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图8.(a)交联PAN@PDMS核壳NFA对不同油类和有机溶剂的吸附容量(g/g),以增重计,(b)对不同油和有机溶剂的重量基吸附容量(g/g),(c)交联PAN@PDMS核壳NFA的循环吸附容量。


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图9.(a)照片显示在交联PAN@PDMS核-壳NFA表面上的2M HCl、2M NaOH、饱和NaCl和油滴,(b)苛刻条件下对石油醚的吸附容量。


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图10.(a)油包水乳液分离工艺的设置,(b)过滤前后甲苯/水乳液的光学显微镜图像。


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图11.NFAs在各种油包水乳液中的通量和分离效率。


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