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蘇州大學靳健教授、張慎祥副教授 JMCA：超薄聚酰胺復合光熱膜用于高效去除水中揮發性有機物

2022-09-04 來源：高分子科技

隨著經濟的發展和人口的增加，水資源短缺已成為一個全球性的挑戰。近年來，太陽能驅動的水界面蒸發技術由于其高光熱轉換效率和環境友好的特點，引起了極大的關注。在界面蒸發過程中，光熱材料可以吸收光將其轉化為局部熱，然后驅動水汽蒸發。廢水中的大多數非揮發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過程有效去除，獲得純凈的水。然而，揮發性有機化合物（VOC）可以與水一起蒸發，且VOC分子的揮發速率通常高于水分子，導致其在濾液中富集，造成二次污染。為解決這一問題，蘇州大學靳健教授團隊開發了一種聚苯胺納米纖維（PANI）/聚酰胺（PA）復合光熱膜，用于在太陽能驅動的界面蒸發過程中通過PA層的孔徑篩分作用去除水中高濃度的VOC（圖1）。

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

為了實現VOC分子的高效截留，首先在商業的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光熱復合膜（圖2 a, b）。通過調控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，該復合膜可以在光熱界面蒸發的過程中，讓水分子透過，而阻止VOC分子透過。實驗結果表明，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、堿或乳化油的復雜廢水時表現出高的VOCs去除率，具有優異的化學穩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. 聚酰胺復合光熱膜（a）表面和（b）截面SEM圖；（c）聚酰胺復合光熱膜對不同VOC的截留效果；（d）不同pH環境下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”為題發表在《Journal of Materials Chemistry A》雜志上。論文第一作者為蘇州大學碩士研究生魏嫻，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基金重點項目（21988102）和國家重點研發計劃（2019YFA0705800）等項目的經費支持。

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

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（責任編輯：xu）

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