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南京工业大学孙世鹏教授团队在电纺纳滤膜的研

能源环保    2021-09-18 17:28

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孙世鹏 南京工业大学国家特种分离膜工程技术研究中心副主任、教授、博导

天津大学本科,新加坡-麻省理工学术联盟博士,新加坡国立大学博后

国家青年千人计划,霍英东青年教师基金,江苏省杰出青年基金;

主持国家重点研发计划课题、自然科学基金委面项目等十余项项目;

SCI论文60余篇,申请专利31项,11项技术在3家公司进行产业化

荣获侯德榜化工科技青年奖、中国膜行业杰出青年科技工作者、“新加坡青年化学工程师奖”等荣誉。

 

研究方向

纳滤膜的结构设计、过程优化、化学改性,纳滤膜的主要应用于物料分离、水处理、溶剂回收、海洋能源获取等。

高精度纳滤膜在小分子特种分离领域前景广阔,但极具挑战性。纳米纤维复合膜关键问题主要有纳米纤维膜的力学性能较差、苛刻的环境条件以及很难一步制备出具有纳米尺度的致密膜。因此,提升纳米纤维膜的力学性能,开发自支撑基膜和高效、绿色的改性工艺十分必要。

本文梳理了近期孙世鹏教授课题组在纳滤膜的研究进展,供大家了解和学习。

 

J. Mater. Chem. A:基于静电纺丝纳米纤维制备耐有机溶剂纳滤膜

南京工业大学膜科学技术研究所孙世鹏教授团队研发出一种新型耐溶剂纳米纤维复合膜。实验室基于高压溶液静电纺丝法制备支撑层,①通过化学交联法在聚合物链间形成稳定的交联结构以及在极性溶剂中的化学稳定性;②通过采用静电纺丝纳米纤维基膜,利用其孔隙率高,孔道弯曲率低的特点降低基膜传质阻力,且纳米纤维膜相对于传统非对称基膜而言具有非常良好的机械强度。

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Tian-Dan Lu,et al.,Electrospun nanofiber substrates that enhance polar solvent separation from organic compounds in thin-film composites, J. Mater. Chem. A, 2018,6, 15047-15056

 

J. Membr. Sci.:PEI2/PAN8-PAN纳滤膜的制备及其结构和性能研究

聚乙烯亚胺(PEI)/聚丙烯腈(PAN)过渡层和PAN基底层均是通过静电纺丝制备而成的,随后用均苯三甲酰氯和哌嗪进行界面聚合(IP)。PEI改性过渡层的引入提高了亲水性,为IP提供了额外的反应位点,并避免了纳米纤维孔内的聚合。所得复合NF膜具有致密且无缺陷的选择层。这样的最佳结构带来了出色的分离性能,橙黄II染料(MW=350.32g/mol)的截留率为95.6%,纯水通量为38.5 L m-2 h-1 bar-1。

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XiaohuiJu, et al., Electrospun transition layer that enhances the structure and performance of thin-film nanofibrous composite membranes,J. Membr. Sci.,2020, 620,118927

 

Chem. Eng. J.:一种以电纺不溶性聚酰亚胺纳米纤维为基底的溶剂耐久性薄膜分子筛膜

本文首次提出了一种采用静电纺丝聚酰胺酸和热亚胺化相结合的方法来制备不溶性聚酰亚胺纳米纤维基底的策略。与常规的相转化工艺相比,无水静电纺丝工艺可使基材的机械强度提高1倍,耐溶剂性也有所提高。与最新型膜相比,所制备的薄膜纳米纤维复合膜(TFNC)在水和极性非质子溶剂(如二甲基甲酰胺、二甲基亚砜和四氢呋喃)中具有较高的渗透性、截留性和稳定性,显示出独特的纳滤潜力。

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TianDan Lu,et al.,Highly solvent-durable thin-film molecular sieve membranes with insoluble polyimide nanofibrous substrate,Chemical Engineering Journal,2021,409, 128206