高性能PVANCPAN复合膜的制备及其渗透蒸发脱盐性能

　　北京化工大学李培&曹兵&张睿J. Membr. Sci.：高性能PVA/NC-PAN复合膜的制备及其渗透蒸发脱盐性能
　　DOI: 10.1016/j.memsci.2021.119672
　　本研究制备了电纺聚丙烯腈（PAN）纳米纤维膜，随后在PAN纳米纤维膜表面喷涂疏水涂料或刀铸超细纳米纤维纤维素（NC）层，这是为了缓解在制备复合膜时涂层溶液渗入原始PAN纳米纤维膜孔中的问题。结果，通过喷涂方法成功地将无缺陷的薄PVA层沉积到疏水性PAN纳米纤维或NC-PAN纳米纤维基材上。薄膜复合材料（TFC）PVA/NC-PAN膜表现出优异的渗透蒸发脱盐性能。在80℃下使用3.5wt％NaCl溶液作为进料获得了238.7±4.1kg/m2·h的水通量和99.8％以上的脱盐率。这是所有PV脱盐膜中报道的最高水通量。此外，在70℃下，使用复合膜对20wt％NaCl溶液进行脱盐时的水通量高达103.1±5.8kg/m2·h。该PV复合膜优异的脱盐性能在回收盐水溶液中显示出巨大的潜力。
　　图1.使用PVA/NC-PAN薄膜复合材料（TFC）膜的脱盐过程示意图。
　　图2.基材的气阻测定（a）以及复合膜渗透蒸发试验（b）的示意图。
　　图3.PVDF（a,b）和PAN电纺纳米纤维膜（c,d）表面和横截面形态的SEM图像。
　　图4.原始PAN膜（a），疏水性PAN（b），PVA/疏水性PAN（c）表面水和染料溶液的SEM图像。原始PAN、疏水性PAN和PVA/疏水性PAN的水接触角（d）。
　　图5.PVDF、PAN和NC/PAN膜的纯水通量和PVA截留率（a），NC/PAN支撑层的SEM图像：横截面（b）和顶部表面形态（c）。
　　图6.PVA/PVDF（a1,a2）、PVA/疏水性PAN（b1,b2）和PVA/NC-PAN（c1,c2）截面和表面形貌的SEM图；使用3.5wt％NaCl溶液作为进料，PVA/PVDF、PVA/PAN和PVA/NC-PAN复合PV膜在70℃下的脱盐性能（d）以及在50℃-85℃下的水通量（e）。
　　图7.PVDF、PAN、疏水性PAN和NC-PAN在不同跨膜压力下的气体通量（a）和气体渗透率（b）。
　　图8.选择性层与支撑层界面压力积聚的示意图（a）；PVA/PVDF膜（b）和PVA/NC-PAN（c）的横截面。
　　图9.选择性层厚为3.78μm（a）、1.26μm（b）和0.70μm（c）的复合PV膜横截面的SEM图像。
　　图10.PVA层厚为0.70μm的PVA/NC-PAN膜的AFM形态。
　　图11.在70℃和80℃下，使用3.5wt％NaCl溶液作为进料，不同PVA层厚的PVA/NC-PAN复合膜的渗透蒸发性能（a）；本研究所制备的PV膜与报道的膜的脱盐性能比较（b）；以浓度为0-20wt％的NaCl为进料溶液的脱盐性能比较（c）。
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