超疏水电纺膜具有表面积大、结构易于调节、孔隙率高等优点,被开发用于分离油水乳液,但其广泛应用受到非含氟材料机械耐久性差的限制。
超疏水膜在长期使用后,容易受到表面污染,严重损害了超疏水性能和用于油水分离的材料性能,导致其分离性能和可回收性降低。因此,有必要设计可伸缩、耐用、低成本、具有自清洁性能的油水分离膜。
本文梳理了南京林业大学黄超伯/熊燃华和东南大学付国东团队在开发具有自修复、自清洁、耐用和高效分离能力等综合多功能膜材料的重要研究进展,供大家了解学习。
1. J. Hazard. Mater.: 分层超疏水、抗菌和生物相容性纳米纤维膜,用于有效的紫外线屏蔽、自清洁和油水分离
➣南京林业大学黄超伯和东南大学付国东团队采用植物多酚(单宁酸)金属配合物在电纺聚酰亚胺(PI)纳米纤维膜表面生成粗糙的层次结构,然后对聚二甲基硅氧烷(PDMS)进行改性。
➣以单宁酸 - Al3+基超疏水膜为例,该膜不仅具有抗冲击、低粘接和自洁功能,而且在各种油水混合物的分离中表现出优异的性能。
➣即使重复使用20次,仍可获得高达6935 l m-2 h-1的高通量,分离效率超过99%,水中含油量低于5 ppm。
➣被污染的水滴很容易地从污染膜的表面移动,并将污染物MnO2粉从膜上冲走。
DOI: 10.1016/j.jhazmat.2019.121476
2. ACS Appl. Mater. Interfaces:具有出色油/水分离、有机污染物光降解和抗菌性能的仿生耐用多功能自清洁纳米纤维膜
➣南京林业大学黄超伯和东南大学付国东团队通过简便的静电纺丝和原位水热合成方法开发了一种新型沸石咪唑酯骨架-8@硫醇化石墨烯(ZIF-8@GSH)复合材料的聚酰亚胺(PI)纳米纤维膜,以有效净化含油废水。
➣该膜对各种油水混合物和油包水乳液表现出超疏水/超亲油特性,分离效率高(>99.9%)。
➣放置在膜表面的灰尘被移动的水滴迅速带走的现象表明ZIF-8@GSH/PI膜在空气中具有良好的自清洁能力。
➣单宁酸粉末很容易被流动的水滴冲走,在油中显示出良好的防污能力。除单宁酸粉外,该膜对空气和石油中的Fe3O4和SiO2纳米颗粒也表现出自清洁行为。
DOI: 10.1021/acsami.0c09059
3. J. Membr. Sci.:自清洁功能的耐用自修复超疏水纳米纤维膜,可高效净化含油废水
➣南京林业大学黄超伯和东南大学付国东团队提出了一种制备具有自愈超疏水性的聚酰亚胺纳米纤维膜的简便方法。所设计的膜对各种油水混合物和油包水乳液具有显著的分离效率。
➣PI膜与聚二甲基硅氧烷/十八胺(PDMS/ODA)涂层具有协同环境稳定性,在恶劣环境中具有良好的适应性。
➣除亚甲基蓝外,采用单宁酸粉和二氧化硅纳米颗粒作为模拟污垢时,还观察了PDMS/ODA-PDA@PI膜的自清洁能力。
➣制备的PDMS/ODA-PDA@PI膜对牛奶、咖啡、可乐和茶等常见饮料具有良好的自洁性。
DOI: 10.1016/j.memsci.2021.119402
4. J. Colloid Interface Sci.:光诱导自清洁的多功能纳米纤维膜
➣南京林业大学黄超伯团队采用电纺银/β-环糊精/聚丙烯腈(Ag/β-CD/PAN)纳米纤维和原位生长氧化锌(ZnO)层制备了具有防污和可见光诱导自清洁性能的分级结构超亲水/水下超疏油纳米纤维。
➣制备的ZnO/Ag/β-CD/PAN膜对油/染料/水复合乳液具有良好的分离性能,通量回收率高(>90%)。在重力作用下,各种油水乳状液的渗透通量均大于619 L m−2h−1,分离效率达99.7%以上。
➣形成的微/纳米级结构提高了膜的粗糙度以及水下超疏油能力。
➣膜的自清洁能力主要得益于具有可见光催化性能的Ag/ZnO层的存在,它不仅可以提高膜的润湿性,而且可以去除膜上的污染物。DOI: 10.1016/j.jcis.2021.09.194
5. Chem. Eng. J.:轻质、弹性、超疏水多功能纳米纤维气凝胶,用于自清洁、油水分离和压力传感
➣南京林业大学黄超伯/熊燃华将纳米纤维气凝胶的形成技术与后处理改性方法相结合,构建了一种环境友好、具有综合性能的纳米纤维气凝胶。
➣该气凝胶具有由柔性聚丙烯腈纳米纤维、功能性聚乙烯醇聚合物、导电碳纳米管和疏水十八胺功能化还原氧化石墨烯组成的多级多孔结构,使其具有超低密度(20.54 mg cm−3),优越的压缩性和恢复性,卓越的抗疲劳性能超过1000次循环。
➣疏水ODA-rGO涂层赋予亲水PANF/CNT气凝胶超疏水性(154°),使其具有良好的自清洁能力。
➣通过冲水将吸附的灰尘从 ODA-rGO@PANF/CNTs 气凝胶的表面完全带走,证实了自清洁性能。 除了亚甲蓝,SiO2 纳米粒子已被用来模拟粉尘污染来解释膜的自清洁能力。
DOI: 10.1016/j.cej.2021.132989