南京工业大学孙世鹏/常州大学陆天丹 AFM综述：不对称电纺纳米纤维膜的构筑及液体分离的探索

2023-12-02 来源：高分子科技

随着分离膜制备技术的进步，具有不对称特性的复合膜在液体分离领域受到广泛关注。在此类分离膜的制备过程中，电纺技术得益于其灵活的孔道构建方法，在定制不对称化学性质和可调节的层级结构的过程中极具优势。

图1 不同驱动力作用下，各类膜分离过程中传质过程优化机理示意图

近期，南京工业大学国家特种分离膜工程技术研究中心孙世鹏教授与常州大学陆天丹博士就电纺技术在构造液体分离膜以提高分离效率的研究方向上做了深入的讨论和梳理(图1)，论文以“Beyond Symmetry: Exploring Asymmetric Electrospun Nanofiber Membranes for Liquid Separation”为题发表在《Advanced Functional Materials》期刊上。这篇综述重点系统地介绍了具有不对称性质的静电纺丝纳米纤维膜的制备、传输过程、机理和应用方面的最新进展。
该综述从基础的膜成型过程出发，首先着重介绍了静电纺丝技术的加工特点以及静电纺丝工艺对分离膜基本结构参数和化学性质的影响；将静电纺丝法与传统的膜制备及改性方法进行了比较。随后，着眼于膜性能提升机理归纳了静电纺丝技术提升分离效率的主要策略：包括（1）为增强定向流体输送、辅助高效稳定的膜孔道对流及防止膜孔隙润湿三个方面来构建化学不对称性，并通过介绍相关研究工作展示了静电纺丝技术在构建分离膜的化学不对称性上的优势（图2）；（2）为提升膜表面液体排斥性能，构建纤维结构不对称性，延长膜组件使用寿命，并通过相关研究工作展示了静电纺丝工艺在实现分离膜微纳结构精准调控上的技术优势。

图2静电纺技术构建分离膜的化学不对称性提升分离性能

文章中作者还进一步详尽介绍了优化复合膜在渗透压驱动和压力驱动分离过程中的总传质阻力路径的重要性（图3），并结合相关研究工作介绍了静电纺技术在构筑具有非对称致密度的多层膜中的重要贡献。

图3静电纺技术构建分离膜的整体结构不对称性优化总传质阻力路径

综上所述，具有不对称性质的电纺纳米纤维膜的开发在液体分离过程中具有巨大的前景。这些创新方向可有效加强水净化、液体资源回收和污染控制，满足对高效可持续的液体分离回收方案的迫切需求。

论文链接： https://doi.org/10.1002/adfm.202310218

第一作者简介：

陆天丹，常州大学讲师，硕士生导师。博士毕业于南京工业大学孙世鹏教授课题组，期间在新加坡国立大学Chung Tai-Shung院士课题组进行研究访学，目前就职于常州大学石油化工学院钟璟教授膜分离团队，致力于功能性纳米纤维复合膜工艺研究及分离机理研究，主要研究工作发表于Adv. Funct. Mater.，J. Mater. Chem. A.，Chem. Eng. J.，J. Membrane. Sci.等膜分离及材料工程领域国际权威期刊。

通讯作者简介：

孙世鹏，南京工业大学教授，博士生导师，国家特种分离膜工程技术研究中心副主任。长期从事有机纳滤膜材料设计、制备与应用研究。入选国家级人才计划（2015）、江苏省杰出青年基金（2019）、霍英东青年教师基金（2020）。在J. Am. Chem. Soc., AICHEJ., Prog. Mater. Sci., Nano Lett.等重要刊物发表论文80余篇，谷歌学术引用达5800余次，4篇ESI高被引论文。申请40余项发明专利，已授权30余项国内/PCT发明专利，并基于该核心专利集群孵化了南京蔚华膜科技有限公司。担任中国海洋学会海水资源利用专业委员会副主任委员、Separation and Purification Technology编委、Advanced Membranes青年编委等学术职务。

课题组网站：www.sun-membrane.com

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（责任编辑：xu）

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