電紡應用:用于海水直接接觸式膜蒸餾的金屬-有機骨架納米纖維
在大多數國家中，水已經是稀缺資源，雖然現有地下水的使用有助於緩解飲用水的壓力，但是海水淡化逐漸成為經濟潮流。靜電紡絲作為一種納米技術，可以製備高多孔性，疏水性/親水性膜用來改善表面特性和膜蒸餾（MD）長期脫鹽膜系統的防污性能。金屬有機骨架作混合基質膜中的填料有利於吸附和分離，但是，因為大多數MOF都是熱液態的不穩定，只有少數，特別是那些鋯和鐵金屬離子簇，在水中足夠穩定以用於水應用。因此，來自渥太華大學化學與生物化學工程系工業膜研究所的 Johnson E. Efome課題組通過電紡MOF[Fe-BTC，含有PVDF的1,3,5-苯三甲酸鐵（F300）]構建了新穎的電紡纖維膜，用於直接接觸式膜蒸餾，相關研究發表在《應用材料與界面》期刊上。
Figure 2. SEM images of the membrane surface, (a) PVDF, (b) PV-1,(c) PV-3, and (d) PV-5. The small scale bar shown on the bottom is 1μm corresponding to single fiber, and the larger scale bar is 5 μm.
從圖2 中可以看出膜表面是光滑的，單獨的PVDF納米纖維也具有光滑表面，而加入MOF粒子的纖維表面粗糙，PV-1到PV-5粗糙度逐漸增加，表明纖維表面負載MOF顆粒。從圖3可以看出PVDF納米纖維直徑分布為202.72 ± 134.80 nm，加入MOF改善纖維的微觀形貌，使其表面多孔、具有褶皺。直徑分布圖(圖3)中PV-1的直徑為375.04 ± 154.74 nm，PV-5的直徑為增加到445.58± 166.92 nm，這主要歸因於在靜電紡絲過程中MOF負載量的增加使聚合物射流更穩定。
Figure 3. Fiber diameter distribution for the nanofiber mats, (a)PVDF, (b) PV-1, (c) PV-3, and (d) PV-5.
橫截面圖像（圖4）表明納米纖維和支撐材料之間的附著，該「溶劑」增強了支撐材料和納米纖維墊的相容性和穩定性。MOF通常在結構上是中孔結晶，但是XRD證實分析（6B）MOF-F300作為一種無序的構型材料。N 2等溫線（圖6A）表明MOF表面積為1200-1350m2/g。
Figure 10. (a) CA of the membranes.
圖10表明隨著MOF負載量增加，孔隙率也隨之增加。由於孔隙率的增加，從PVDF到PV-5的CA逐漸增加。圖11總結了所有測試膜的DCMD實驗數據，從圖中可以看出由於驅動力的增強，滲透通量隨著進料溫度的增加而增加。
Figure 11. Flux and permeate conductivity for (a) PVDF, (b) PV-1,(c) PV-3, and (d) PV-5.
通過靜電紡絲將含有MOF的PVDF紡絲原液塗布到非織造支撐物上材料製備的新型MD膜表現出DCMD性能。加入MOF後增加了膜的CA，纖維直徑，孔徑和孔隙率。在99.99％NaCl時排斥進料和滲透溫度分別為48和16℃時，負載MOF膜的最佳膜性能為3.26kg/m2·h，且高滲透質量可以保持5小時。
Johnson E. Efome課題組於2018年3月8號發表在《ACS Applied Materials & Interfaces》期刊上。
鏈接地址：http://www.espun.cn/news/detail-284.html
文章來源：易絲幫
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