過程工程所在卷式靜電紡絲納米纖維膜研究方面取得進展

2021-02-23 化工學報

        靜電紡絲是一種製備納米纖維的重要手段，在空氣淨化、電池隔膜和生物醫學方面有重要應用。近十年來，人們嘗試以這種技術製備水過濾膜，主要目標為大通量小阻力的微濾或超濾膜。與傳統的膜技術相比，靜電紡絲所製備的納米纖維結構的膜具有孔徑可控、孔隙率高、孔的連通性好以及通量大的優點。此外，將具有特定配基材料製備成的靜電紡絲纖維膜在兼具常規過濾分離的特點外，還具有親和膜的性質。如果將其用於飲用水的過濾淨化，不僅可以攔截水中的小顆粒、懸浮物、細菌等，還可以有效去除對人體有害的微量重金屬離子，在某種程度上有望同時替代傳統的納濾和納濾預處理的微濾技術，對提高飲用水處理的簡潔性和安全性具有重要意義。 

　　然而如何通過選擇合適的原材料，使用綠色溶劑進行安全的靜電紡絲，並通過改進材料的組成或者結構來提高靜電紡絲納米纖維親和膜的性能，並設計相應的應用器件以便於應用，是當前靜電紡絲製膜研發的極大挑戰。針對這樣的問題，楊傳芳研究員的課題組幾年前開始著手研究，以醋酸為溶劑，選擇分子鏈中含有大量羥基和氨基基團的生物高分子殼聚糖為原料，採用針頭式靜電紡絲的方法首先成功製備了平均直徑為75 nm的殼聚糖納米纖維，進一步將這種纖維直接沉積在大孔的PET聚酯無紡布上使其具有足夠大的機械強度，然後將該膜製備成卷式膜組件，用於飲用水中微量Cr(VI)離子的去除。與平板疊式親和膜相比，這種卷式膜的面體比大大增加，堆積密度增大，有利於實際應用。與商品化的納濾膜相比，該卷式親和膜不僅在重金屬離子截留率和操作便利性方面有明顯的優勢，而且其能量消耗極小，是現有商業化膜分離技術手段的一種重要補充。 

　　該研究得到了國家千人計劃專項基金、國家自然科學基金（21506222）和中國科學院綠色過程與工程重點實驗室青年基金（LGPE2016YF03）的支持。相關成果發表在Journal of Membrane Science （2017, 544, 333-341）上。 

文章來源：中國科學院過程工程研究所

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