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蘇州大學(xué)靳健教授、張慎祥副教授 JMCA：超薄聚酰胺復(fù)合光熱膜用于高效去除水中揮發(fā)性有機物
2022-09-04  來源：高分子科技
  隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人口的增加，水資源短缺已成為一個全球性的挑戰(zhàn)。近年來，太陽能驅(qū)動的水界面蒸發(fā)技術(shù)由于其高光熱轉(zhuǎn)換效率和環(huán)境友好的特點，引起了極大的關(guān)注。在界面蒸發(fā)過程中，光熱材料可以吸收光將其轉(zhuǎn)化為局部熱，然后驅(qū)動水汽蒸發(fā)。廢水中的大多數(shù)非揮發(fā)性污染物如重金屬離子、有機染料、細菌等可以通過界面蒸發(fā)過程有效去除，獲得純凈的水。然而，揮發(fā)性有機化合物（VOC）可以與水一起蒸發(fā)，且VOC分子的揮發(fā)速率通常高于水分子，導(dǎo)致其在濾液中富集，造成二次污染。為解決這一問題，蘇州大學(xué)靳健教授團隊開發(fā)了一種聚苯胺納米纖維（PANI）/聚酰胺（PA）復(fù)合光熱膜，用于在太陽能驅(qū)動的界面蒸發(fā)過程中通過PA層的孔徑篩分作用去除水中高濃度的VOC（圖1）。
 

圖1 在太陽能界面蒸發(fā)過程中，PANI-PA膜通過分子篩分效應(yīng)去除水中VOCs的示意圖。


  為了實現(xiàn)VOC分子的高效截留，首先在商業(yè)的PES微濾膜上原位生長了一層聚苯胺（PANI）納米纖維作為光熱層，然后在PANI納米纖維的表面利用間苯二胺（MPD）和均苯三甲酰氯（TMC）界面聚合，形成超薄PA層，得到PANI-PA光熱復(fù)合膜（圖2 a, b）。通過調(diào)控PA層的孔徑，使其介于大部分VOC分子和水分子之間，基于孔徑篩分效應(yīng)，該復(fù)合膜可以在光熱界面蒸發(fā)的過程中，讓水分子透過，而阻止VOC分子透過。實驗結(jié)果表明，該光熱膜對水中常見的VOCs（苯酚、苯胺、N-甲基吡咯烷酮和二甲基亞砜）具有97%的截留率（圖2 c）。并且，該光熱膜在處理含有酸、堿或乳化油的復(fù)雜廢水時表現(xiàn)出高的VOCs去除率，具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和抗油污染性能（圖2 d, e, f）。這項工作巧妙的將孔徑篩分和光熱界面蒸發(fā)過程融合在一起，為去除水中的VOCs提供了一種新的有效策略。 


圖2. 聚酰胺復(fù)合光熱膜（a）表面和（b）截面SEM圖；（c）聚酰胺復(fù)合光熱膜對不同VOC的截留效果；（d）不同pH環(huán)境下VOC去除效果；（e）含油廢水中VOC去除效果；（f）長時間運行穩(wěn)定性。


  以上工作以“A polyaniline nanofiber array supported ultrathin polyamide membrane for solar-driven volatile organic compound removal”為題發(fā)表在《Journal of Materials Chemistry A》雜志上。論文第一作者為蘇州大學(xué)碩士研究生魏嫻，靳健教授和張慎祥副教授為論文的共同通訊作者。該工作得到了國家自然科學(xué)基金重點項目（21988102）和國家重點研發(fā)計劃（2019YFA0705800）等項目的經(jīng)費支持。


  論文鏈接：https://doi.org/10.1039/D2TA04909K

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