- 南工大陳蘇教授團(tuán)隊(duì)Sep.Purif.Technol.：多通道微流控靜電紡絲技術(shù)宏量構(gòu)筑納米纖維膜用于污水凈化
- 發(fā)布日期：2024-11-27
由于紡織印染、造紙和印刷工業(yè)的快速發(fā)展，染料污染不僅帶來了嚴(yán)重的環(huán)境問題，還嚴(yán)重威脅人類健康。因此，人們一直致力于開發(fā)新材料和技術(shù)去除廢水中的染料物質(zhì)。其中，納米纖維膜由于孔隙率高、比表面積大等優(yōu)點(diǎn)，展示出了在膜分離、污水處理等領(lǐng)域的潛在應(yīng)用，目前在構(gòu)建納米纖維膜的眾多方法中，靜電紡絲技術(shù)作為一種可靈活調(diào)控纖維微形貌的紡絲手段，引起了人們的日益關(guān)注。然而，傳統(tǒng)的靜電紡絲技術(shù)在宏量制備納米纖維膜方面卻存在局限性，同時(shí)，由于紡絲過程中電場(chǎng)分布不均容易導(dǎo)致納米纖維的分布均勻性較差，從而嚴(yán)重影響其在染料分離方面的應(yīng)用效果。因此，如何從紡絲技術(shù)角度出發(fā)，開發(fā)出既能宏量構(gòu)建納米纖維膜，又可提升納米纖維分布均勻性，同時(shí)耦合功能性納米粒子，以實(shí)現(xiàn)高效染料分離功能的復(fù)合納米纖維膜，是極具挑戰(zhàn)性的關(guān)鍵科學(xué)問題。
針對(duì)上述問題，南京工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院、材料化學(xué)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室陳蘇教授團(tuán)隊(duì)通過將微流控技術(shù)與傳統(tǒng)的靜電紡絲技術(shù)結(jié)合，設(shè)計(jì)具有四通道的微流控芯片，可實(shí)現(xiàn)納米纖維膜的宏量高效制備，極大提升了紡絲效率。首先利用微流控芯片原位合成了具有均勻性的氧化石墨烯-聚多巴胺（GO-PDA）材料，然后借助微流控多通道靜電紡絲設(shè)備（南京捷納思新材料有限公司提供）高效制備了 GO-PDA/熱塑性聚氨酯（GO-PDA/TPU）復(fù)合纖維膜。有趣的是，GO-PDA 不僅提高了復(fù)合纖維膜的機(jī)械強(qiáng)度和親水性，而且賦予了該膜對(duì)單一和混合染料的高效吸附和分離能力。研究證明，GO-PDA/TPU 復(fù)合纖維膜對(duì)陽離子染料表現(xiàn)出選擇性，其中去除效率高達(dá) 99 wt%。此外，纖維膜可以連續(xù)和循環(huán)利用，在 5 次回收后仍保持高吸附率（>95 wt%），具有出色的耐用性和可重用性。該成果具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)設(shè)計(jì)了特定的微流控芯片來精確控制GO和DA的反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了一步法快速合成產(chǎn)品，且產(chǎn)品的均勻性極佳。(2)采用微流控靜電紡絲技術(shù)制備GO-PDA/TPU復(fù)合纖維膜，借助四通道微流控芯片，可使紡絲效率提升4倍以上。(3)GO-PDA 不僅提高了復(fù)合纖維膜的機(jī)械強(qiáng)度和親水性，還使其具有電負(fù)性，從而實(shí)現(xiàn)了染料的選擇性吸附和分離。這項(xiàng)工作提供了一種通過微流控技術(shù)簡(jiǎn)便高效地合成 GO-PDA 和 GO-PDA/TPU 復(fù)合纖維膜的策略，將推動(dòng)染料吸附分離膜在廢水凈化領(lǐng)域的發(fā)展。該研究成果于近日發(fā)表在國際重要刊物《Separation and Purification Technology》上。（Graphene oxide-polydopamine loaded uniform fibrous membranes via robust multi-channel microfluidic-electrospinning method, Separation and Purification Technology.
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https://doi.org/10.1016/j.seppur.2024.130014
