天津工业大学黄庆林教授纤维新材料团队长期从事功能性PTFE纳米纤维膜材料的结构设计和产业化应用，发表PTFE纳米纤维膜相关论文20余篇，授权发明专利20余项，实现了PTFE纳米纤维膜在增强型质子交换膜（PEM）、防水透气声学膜、负载型催化膜、膜接触器以及人工血管食管等领域的产业化应用。近期，黄庆林教授团队在期刊《Separation and Purification Technology》上同时发表2篇最新研究成果，主要介绍了PTFE纳米纤维膜在膜乳化和膜蒸馏上的应用。

1、一种简单有效的调控静电纺PTFE纳米纤维膜孔结构的方法

PTFE膜具有化学惰性、耐久性、疏水性、高断裂韧性等优点，已广泛应用于水处理、生物医药、半导体、能源、食品、服装面料、航空航天等领域。商业化的双轴拉伸PTFE膜具有典型的“结点-纤维”状孔结构，孔径范围为0.02~15.0 μm，孔隙率为85%，其拉伸形成的裂隙孔形态导致孔径尺寸和分布难控制。乳液静电纺PTFE纳米纤维膜的孔结构是由纳米纤维层层堆叠而成的，平均孔径为0.1-3.0 μm。静电纺丝法虽然很容易地控制膜厚度、孔隙率、纳米纤维直径和比表面积。然而，在实际应用中，采用静电纺丝的方法调控PTFE膜形貌和孔结构仍然是一项艰难的工作。

黄庆林教授与烟台大学黄岩等提出了一种新颖的、简单的方法，制备可调节孔结构的PTFE纳米纤维膜。通过在PTFE/PVA纺丝液中引入聚阴离子海藻酸钠（SA），优化膜形貌和孔结构以更好地适用于膜乳化（ME）工艺。SA是一种天然多糖，具有亲水性、生物相容性、绿色环保等优点。SA的熔点为99℃，分解温度200℃，这使得SA在分解前处于粘流态，有利于PTFE树脂的聚集和融合，从而改变PTFE纳米纤维膜在烧结过程中的孔隙结构。

图1：图文摘要

图2：PTFE纳米纤维膜SEM图像和3D CLSM图像。

随着SA添加量从0增加到2.5%，膜孔径从1.49 μm减小到0.58 μm。少量的SA加入到纺丝液中不会改变PTFE初生纳米纤维膜的表面形貌。随着SA添加量的增加，纳米纤维逐渐变得卷曲、缠结并形成串珠状结构。相应地，图2 (a2, b2)显示M-0和M-1烧结膜仍然是典型的纳米纤维网络结构，而在M-2和M-3中出现一种孔径较小的类似“海岛”状的孔结构（图2 (c2, d2)）。

在烧结过程中，缠结在一起的纳米纤维中的PTFE树脂发生粘结融合的现象，从而导致相邻层的PTFE纳米纤维捆绑融合在一起。这种片状粘结的“焊接点”在烧结过程中形成了“海岛”状的孔结构，也增强了PTFE纳米纤维膜机械性能。

图3：PTFE纳米纤维膜ME性能测试。

将制备的PTFE纳米纤维膜应用于ME过程中，其乳化性能优异。随着膜孔径的减小，W/O乳液的粒径减小，粒径分布变窄，平均粒径最小为0.3 μm的W/O乳液能稳定保持30天。在相同压力下，液滴大小取决于膜的孔形状和孔径分布。“海岛”状孔结构能产生高度单分散的液滴，而连续的纳米纤维网络结构容易发生相邻液滴融合并松弛成较大液滴的现象。因此，具有“海岛”状孔结构的PTFE纳米纤维膜有助于在ME过程中形成均匀的W/O乳液。

https://doi.org/10.1016/j.seppur.2023.124848

2、超疏水静电纺FPI/PTFE纳米纤维膜稳健用于真空膜蒸馏

高盐度废水普遍从化工厂和石油的采集和处理中产生，高盐度废水的不当排放会很大的损坏环境，破坏自然界中的淡水资源，使本来就稀缺的淡水资源变得更加匮乏，膜法净水处理技术有着有效性、环境友好性、低能耗性和商业可行性，目前已认为是解决淡水资源缺乏的关键技术之一。

膜蒸馏(MD)是一种高效的脱盐技术，在处理高盐度废水和海水淡化等方面具有相当大的应用前景。然而，在MD处理过程中，由于膜污染和膜润湿的存在，膜性能会显著下降。MD中膜表面与水中的各种有机物和大量盐类物质相互作用，导致膜表面产生结垢物，并对膜造成不可逆的污染。

鉴于此，天津工业大学黄庆林教授团队提出了一种简单方法制备超疏水FPI纳米纤维膜。通过FPI静电纺丝和双次静电喷涂PTFE颗粒制备FPI/PTFE前驱体纳米纤维膜，经高温烧结后获得表面高粗糙度微/纳米结构的FPI/PTFE纳米纤维膜，表现出优异的MD性能和抗污染性。

图1：图文摘要。

图2：FPI/PTFE纳米纤维膜SEM图像和3D CLSM图像。

经高温烧结之后的FPI纳米纤维膜整体形貌未发生明显变化，但FPI纤维会因长时高温的作用，纤维之间搭接的更为紧密从而在膜表面形成了缠结点结构，可能会改善膜的机械性能。随着PTFE喷雾浓度的增加，膜表面的PTFE颗粒附着的也越多，但在PTFE喷雾浓度达到15%的时候，PTFE颗粒会出现少部分的团聚现象；经烧结后，PTFE颗粒会熔化在FPI纤维的表面形成一层粗糙的形似“蠕虫状”的形貌，进一步形成连续的纤维网络。随着PTFE喷雾浓度的增加，“蠕虫状”的结构也越来越明显。但当PTFE喷雾浓度达到20%的时候，过多的PTFE颗粒经高温熔化之后会对FPI纤维的表面进行大规模的覆盖，膜孔径也会变窄。

图3：FPI/PTFE纳米纤维膜VMD性能测试。

PTFE颗粒在FPI表面引入后，可在膜表面形成粗糙的微/纳米结构，大大提高膜的疏水性(WCA为155.3°)和膜的抗湿性（LEP为158 kPa）。结果表明：FPI/PTFE纳米纤维膜可维持较高的MD通量(33.49 L·m^-2·h^-1)和良好的截盐率(99.96%)，在25 wt% NaCl溶液中，可保持稳定的MD通量(20.21 L·m²·h^-1)和高截盐率(99.91%)。此外，在连续120 h的实验后，FPI/PTFE纳米纤维膜仍具有稳定的MD通量(30.21 L·m²·h^-1)和盐截留率(99.96%)。

https://doi.org/10.1016/j.seppur.2023.124856