静电喷印辅助界面聚合法制备纳米纤维复合膜实现海水脱盐

摘要

目的提出一种静电喷印辅助界面聚合法制备纳米纤维复合膜实现海水过滤的方法。方法通过在静电喷印聚丙烯腈(Polyacrylonitrile,PAN)纳米纤维基底上进行界面聚合,将哌嗪、三甲酰氯和聚醚胺(Polyether Amine,PEA)聚合在聚丙烯腈纳米纤维基底上。首先将PAN纳米纤维基底在水相溶液中浸泡,均匀吸附基材表面的哌嗪和PEA,用滤纸吸干多余的水溶液,然后将有机相三甲酰氯引入PAN基底表面,与水相进行反应,制备了具有良好过滤性能的纳米纤维复合膜(Thin Film Nanofiltration Composite,TFNC),研究了PEA浓度对TFNC复合膜过滤性能的影响。通过场发射扫描电子显微镜、原子力显微镜、傅里叶变换红外光谱仪、接触角测量仪和Zeta电位仪,表征了复合膜的微观形貌、界面聚合反应、亲水性和荷电性。选用4种无机盐通过死端过滤装置系统对TFNC膜的过滤性能进行测试。结果PAN溶液能够在滚筒表面静电喷印形成均匀的膜表面结构。在20 kV静电高压下,纺丝质量分数为8%的PAN透明溶液所制备的薄膜表面光滑。当PEA的质量分数4.5%时,TFNC复合膜的接触角最小,为47.5°。经过4种无机盐的过滤性能测试发现,在25℃、0.4 MPa条件下,当PEA的质量分数为3.0%时,该膜的水通量可达41.5 L/(m^(2)·h),对NaCl的截留率较低(18.6%),但对阴离子染料MYB的截留率最高(达95.4%)。结论静电喷印辅助界面聚合法能够简单有效地制备纳米纤维复合膜,且获得光滑、均匀的亲水性表面,通过改变PEA的浓度可调节复合纳滤膜的分离性能,有效地去除海水中的盐分,具有极强的开发潜力。