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青岛大学袁丁Colloids Surf. A Physicochem. Eng. Aspects:CuMOF修饰多功能聚醚酰亚胺纳米纤维膜用于复杂环境中的高效过滤/分离

学术动态    2023-01-07 08:56

DOI: 10.1016/j.colsurfa.2022.129656

 

本研究提出了一种铜基金属有机骨架(CuMOF)修饰多功能聚醚酰亚胺(PEI)纳米纤维膜,用于复杂环境中的高效过滤/分离。在CuMOF存在下,杂化纳米纤维膜表现出有效的抗菌能力、荷叶般的自清洁功能和增强的颗粒物(PM)捕获能力。值得注意的是,所得膜对0.3μm、0.5μm和0.8μm PM的去除率分别高达99.94%、99.95%和99.99%,对≥1.25μm颗粒的过滤效率可达到近100%。由于PEI和CuMOF的优异稳定性,复合纳米纤维膜在高温(高达200℃)、酸碱处理后保持较高的去除能力,并且在大于800µg/m3的严重PM污染水平下仍显示出出色的可循环性和长期净化能力。此外,疏水性和亲油性的特殊选择性润湿性以及结构稳定性使所得膜即使在高盐、酸性和碱性环境中也具有优异的油水分离效率。总体而言,这项工作为开发符合各种过滤和分离应用的综合纳米纤维材料提供了一种简便有效的方法。

 

图1.(a)纳米纤维膜制备示意图。(b)PEI和PEI@xwt%CuMOF纳米纤维膜的SEM图像,CuMOF浓度分别为(c)1wt%、(d)2wt%、(e)3wt%和(f)4wt%。(g)PEI@3wt%CuMOF的TEM图像。

 

图2.(a)CuMOF NPs和PEI@xwt%CuMOF膜的FTIR光谱。(b)PEI@xwt%CuMOF膜上的水接触角和相应的水滴图像,插图显示了荷叶般的自清洁效果。(c)PEI膜(M0)和PEI@3wt%CuMOF膜(M1)在黑暗和光照环境下对金黄色葡萄球菌的抗菌能力。(d)PEI@3wt%CuMOF纳米纤维膜的抗菌机理示意图。

 

图3.(a)显示PEI@3wt%CuMOF膜对不同液滴的稳定疏水性的照片。(b)油滴在PEI@3wt%CuMOF膜上快速扩散的照片。(a)油/水混合物的分离过程,以及使用PEI@3wt%CuMOF纳米纤维膜对(d)油/饱和NaCl、(e)油/HCl(PH=1)、(f)油/NaOH(PH=13)混合物的分离结果。(g)不同油/水混合物的相应分离效率。

 

图4.(a)基重为1.96g/cm2的PEI@xwt%CuMOF膜、(b)32L/min气流下不同基重的PEI@3wt%CuMOF膜以及(c)各种气流下PEI@3wt%CuMOF膜的过滤性能。(d)PEI@3wt%CuMOF膜对各种尺寸悬浮微粒的过滤效率。(e)3D模型显示了PEI@3wt%CuMOF膜对各种悬浮微粒的捕获过程,插图对应于不同的过滤机制。

 

图5.(a)图中显示了实践中的复杂过滤场景。(b)PEI@3wt%CuMOF膜在200℃加热、酸碱处理2h前后的过滤效率。(c)PEI@3wt%CuMOF膜的可回收性和(d)长期净化能力。(e)市售面罩和基于PEI@3wt%CuMOF的面罩覆盖的人脸热成像。

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