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哈尔滨工业大学王威Environ. Sci. Technol.:原位3D焊接纳米纤维膜用于膜蒸馏处理浓海水
2021/9/13 11:18:50 易丝帮

DOI: 10.1021/acs.est.1c02687

 

膜蒸馏(MD)是处理海水淡化后浓海水的一种很有前途的技术。通过增材制造制备的互连多孔膜因其优异的渗透性而受到MD技术的极大关注。然而,由于孔变形导致的较差疏水耐久性限制了其脱盐性能。在此,研究者报道了一种涉及乳液静电纺丝的原位三维(3D)焊接方法,用于制备坚固的纳米纤维膜。该方法简单有效,可以在纳米纤维的交叉点对其进行焊接,增强了3D空间中膜孔的均匀分布。结果表明,与非焊接(超疏水)纳米纤维膜和焊后(超疏水)纳米纤维膜相比,原位3D焊接纳米纤维膜的稳定性为170h,水回收率为76.9%,具有较好的脱盐性能。此外,当前工作还研究了原位3D焊接纳米纤维膜的稳定性机制以及非焊接和焊后纳米纤维膜的两种不同润湿机理。更重要的是,原位3D焊接纳米纤维膜可以进一步将实际浓海水(121°E,37°N)浓缩至结晶,展示了其在具有挑战性的浓海水淡化方面的应用潜力。

 

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图1.(a)PH/PDMS乳液的制备示意图,(b)静电纺丝过程中原位3D焊接纳米纤维膜形成的三个阶段。(c)原位3D焊接纳米纤维膜的ATR-FTIR光谱。


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图2.(a)原位3D焊接纳米纤维膜的表面SEM图像,(b)横截面SEM图像和(c)照片。(d)非焊接纳米纤维膜的表面SEM图像,(e)横截面SEM图像和(f)照片。(g)焊后纳米纤维膜的表面SEM图像,(h)横截面SEM图像和(i)照片。


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图3.(a)原位3D焊接纳米纤维膜、非焊接纳米纤维膜和焊后纳米纤维膜的水通量以及蒸馏物电导率趋势,采用DCMD工艺,以合成浓海水为进料。请注意,进料溶液的浓度是恒定的。(b)显示实验后原位3D焊接纳米纤维膜的照片,实验前后原位3D焊接纳米纤维膜、实验后非焊接纳米纤维膜和实验后焊后纳米纤维膜的WCAs。(c)原位3D焊接纳米纤维膜优异的疏水耐久性,非焊接纳米纤维膜的润湿性以及焊后纳米纤维膜的水袋现象的机理图。


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图4.(a)原位3D焊接纳米纤维膜和(b)C-PVDF膜的水通量和蒸馏物电导率随时间和水回收率的变化,其中以合成浓海水为进料。(c)使用原位3D焊接纳米纤维膜进行浓缩实验前后进料瓶的照片。(d)非焊接超疏水纳米纤维膜和焊后超疏水纳米纤维膜的水通量和蒸馏物电导率随时间的变化趋势,其中以合成浓海水为进料。


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图5.(a)在DCMD过程中,以实际浓海水为进料,使用原位3D焊接纳米纤维膜的水通量和蒸馏物电导率随时间和水回收率的变化。实际海水取自中国黄海(东经121°,北纬37°)。(b)使用原位3D焊接纳米纤维膜进行浓缩实验前后进料瓶的照片。(c)实际海水和蒸馏水(使用原位3D焊接纳米纤维膜由实际海水获得)的3D荧光光谱。


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