苏州大学靳健教授、张慎祥副教授 JMCA：超薄聚酰胺复合光热膜用于高效去除水中挥发性有机物

2022-09-04 来源：高分子科技

随着经济的发展和人口的增加，水资源短缺已成为一个全球性的挑战。近年来，太阳能驱动的水界面蒸发技术由于其高光热转换效率和环境友好的特点，引起了极大的关注。在界面蒸发过程中，光热材料可以吸收光将其转化为局部热，然后驱动水汽蒸发。废水中的大多数非挥发性污染物如重金属离子、有机染料、细菌等可以通过界面蒸发过程有效去除，获得纯净的水。然而，挥发性有机化合物（VOC）可以与水一起蒸发，且VOC分子的挥发速率通常高于水分子，导致其在滤液中富集，造成二次污染。为解决这一问题，苏州大学靳健教授团队开发了一种聚苯胺纳米纤维（PANI）/聚酰胺（PA）复合光热膜，用于在太阳能驱动的界面蒸发过程中通过PA层的孔径筛分作用去除水中高浓度的VOC（图1）。

图1 在太阳能界面蒸发过程中，PANI-PA膜通过分子筛分效应去除水中VOCs的示意图。

为了实现VOC分子的高效截留，首先在商业的PES微滤膜上原位生长了一层聚苯胺（PANI）纳米纤维作为光热层，然后在PANI纳米纤维的表面利用间苯二胺（MPD）和均苯三甲酰氯（TMC）界面聚合，形成超薄PA层，得到PANI-PA光热复合膜（图2 a, b）。通过调控PA层的孔径，使其介于大部分VOC分子和水分子之间，基于孔径筛分效应，该复合膜可以在光热界面蒸发的过程中，让水分子透过，而阻止VOC分子透过。实验结果表明，该光热膜对水中常见的VOCs（苯酚、苯胺、N-甲基吡咯烷酮和二甲基亚砜）具有97%的截留率（图2 c）。并且，该光热膜在处理含有酸、碱或乳化油的复杂废水时表现出高的VOCs去除率，具有优异的化学稳定性和抗油污染性能（图2 d, e, f）。这项工作巧妙的将孔径筛分和光热界面蒸发过程融合在一起，为去除水中的VOCs提供了一种新的有效策略。

图2. 聚酰胺复合光热膜（a）表面和（b）截面SEM图；（c）聚酰胺复合光热膜对不同VOC的截留效果；（d）不同pH环境下VOC去除效果；（e）含油废水中VOC去除效果；（f）长时间运行稳定性。

以上工作以“A polyaniline nanofiber array supported ultrathin polyamide membrane for solar-driven volatile organic compound removal”为题发表在《Journal of Materials Chemistry A》杂志上。论文第一作者为苏州大学硕士研究生魏娴，靳健教授和张慎祥副教授为论文的共同通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金重点项目（21988102）和国家重点研发计划（2019YFA0705800）等项目的经费支持。

论文链接：https://doi.org/10.1039/D2TA04909K

版权与免责声明：中国聚合物网原创文章。刊物或媒体如需转载，请联系邮箱：info@polymer.cn，并请注明出处。

（责任编辑：xu）

【大中小】【打印】【关闭】

诚邀关注高分子科技

更多>>最新资讯

更多>>科教新闻