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南京工業(yè)大學(xué)孫世鵬/常州大學(xué)陸天丹 AFM綜述：不對(duì)稱電紡納米纖維膜的構(gòu)筑及液體分離的探索
2023-12-02  來(lái)源：高分子科技

  隨著分離膜制備技術(shù)的進(jìn)步，具有不對(duì)稱特性的復(fù)合膜在液體分離領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。在此類分離膜的制備過(guò)程中，電紡技術(shù)得益于其靈活的孔道構(gòu)建方法，在定制不對(duì)稱化學(xué)性質(zhì)和可調(diào)節(jié)的層級(jí)結(jié)構(gòu)的過(guò)程中極具優(yōu)勢(shì)。


圖1 不同驅(qū)動(dòng)力作用下，各類膜分離過(guò)程中傳質(zhì)過(guò)程優(yōu)化機(jī)理示意圖


  近期，南京工業(yè)大學(xué)國(guó)家特種分離膜工程技術(shù)研究中心孫世鵬教授與常州大學(xué)陸天丹博士就電紡技術(shù)在構(gòu)造液體分離膜以提高分離效率的研究方向上做了深入的討論和梳理(圖1)，論文以“Beyond Symmetry: Exploring Asymmetric Electrospun Nanofiber Membranes for Liquid Separation”為題發(fā)表在《Advanced Functional Materials》期刊上。這篇綜述重點(diǎn)系統(tǒng)地介紹了具有不對(duì)稱性質(zhì)的靜電紡絲納米纖維膜的制備、傳輸過(guò)程、機(jī)理和應(yīng)用方面的最新進(jìn)展。
該綜述從基礎(chǔ)的膜成型過(guò)程出發(fā)，首先著重介紹了靜電紡絲技術(shù)的加工特點(diǎn)以及靜電紡絲工藝對(duì)分離膜基本結(jié)構(gòu)參數(shù)和化學(xué)性質(zhì)的影響；將靜電紡絲法與傳統(tǒng)的膜制備及改性方法進(jìn)行了比較。隨后，著眼于膜性能提升機(jī)理歸納了靜電紡絲技術(shù)提升分離效率的主要策略：包括（1）為增強(qiáng)定向流體輸送、輔助高效穩(wěn)定的膜孔道對(duì)流及防止膜孔隙潤(rùn)濕三個(gè)方面來(lái)構(gòu)建化學(xué)不對(duì)稱性，并通過(guò)介紹相關(guān)研究工作展示了靜電紡絲技術(shù)在構(gòu)建分離膜的化學(xué)不對(duì)稱性上的優(yōu)勢(shì)（圖2）；（2）為提升膜表面液體排斥性能，構(gòu)建纖維結(jié)構(gòu)不對(duì)稱性，延長(zhǎng)膜組件使用壽命，并通過(guò)相關(guān)研究工作展示了靜電紡絲工藝在實(shí)現(xiàn)分離膜微納結(jié)構(gòu)精準(zhǔn)調(diào)控上的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。 


圖2靜電紡技術(shù)構(gòu)建分離膜的化學(xué)不對(duì)稱性提升分離性能


  文章中作者還進(jìn)一步詳盡介紹了優(yōu)化復(fù)合膜在滲透壓驅(qū)動(dòng)和壓力驅(qū)動(dòng)分離過(guò)程中的總傳質(zhì)阻力路徑的重要性（圖3），并結(jié)合相關(guān)研究工作介紹了靜電紡技術(shù)在構(gòu)筑具有非對(duì)稱致密度的多層膜中的重要貢獻(xiàn)。 


圖3靜電紡技術(shù)構(gòu)建分離膜的整體結(jié)構(gòu)不對(duì)稱性優(yōu)化總傳質(zhì)阻力路徑


  綜上所述，具有不對(duì)稱性質(zhì)的電紡納米纖維膜的開發(fā)在液體分離過(guò)程中具有巨大的前景。這些創(chuàng)新方向可有效加強(qiáng)水凈化、液體資源回收和污染控制，滿足對(duì)高效可持續(xù)的液體分離回收方案的迫切需求。


  論文鏈接： https://doi.org/10.1002/adfm.202310218


第一作者簡(jiǎn)介：

陸天丹，常州大學(xué)講師，碩士生導(dǎo)師。博士畢業(yè)于南京工業(yè)大學(xué)孫世鵬教授課題組，期間在新加坡國(guó)立大學(xué)Chung Tai-Shung院士課題組進(jìn)行研究訪學(xué)，目前就職于常州大學(xué)石油化工學(xué)院鐘璟教授膜分離團(tuán)隊(duì)，致力于功能性納米纖維復(fù)合膜工藝研究及分離機(jī)理研究，主要研究工作發(fā)表于Adv. Funct. Mater.，J. Mater. Chem. A.，Chem. Eng. J.，J. Membrane. Sci.等膜分離及材料工程領(lǐng)域國(guó)際權(quán)威期刊。


通訊作者簡(jiǎn)介： 


孫世鵬，南京工業(yè)大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師，國(guó)家特種分離膜工程技術(shù)研究中心副主任。長(zhǎng)期從事有機(jī)納濾膜材料設(shè)計(jì)、制備與應(yīng)用研究。入選國(guó)家級(jí)人才計(jì)劃（2015）、江蘇省杰出青年基金（2019）、霍英東青年教師基金（2020）。在J. Am. Chem. Soc., AICHEJ., Prog. Mater. Sci., Nano Lett.等重要刊物發(fā)表論文80余篇，谷歌學(xué)術(shù)引用達(dá)5800余次，4篇ESI高被引論文。申請(qǐng)40余項(xiàng)發(fā)明專利，已授權(quán)30余項(xiàng)國(guó)內(nèi)/PCT發(fā)明專利，并基于該核心專利集群孵化了南京蔚華膜科技有限公司。擔(dān)任中國(guó)海洋學(xué)會(huì)海水資源利用專業(yè)委員會(huì)副主任委員、Separation and Purification Technology編委、Advanced Membranes青年編委等學(xué)術(shù)職務(wù)。

課題組網(wǎng)站：www.sun-membrane.com

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