安徽建筑大学王献彪教授课题组在节能、环保聚合物纤维吸附膜研制方面取得进展

总所周知,选择性吸附是进行水污染控制的重要手段。静电纺丝制备的聚合物纤维膜具有吸附效率高、低成本、易回收等优势而广受关注。然而,对于这类聚合物吸附纤维膜的再生一般都是在酸性或者碱性条件下洗涤再生,这无疑会带来二次污染的问题。

安徽建筑大学王献彪教授课题组在节能、环保聚合物纤维吸附膜研制方面取得进展
图1. PAN/TiO2/PANI杂化纤维膜(a) TEM图像(b) SEM图像(内部:C,N 和Ti的能谱图)

 

近日,安徽建筑大学王献彪教授课题组与澳大利亚蒙纳士大学王焕庭教授合作设计制备了一种具有选择性吸附能力和光催化再生特性的PAN/TiO2/PANI杂化纤维膜。该产物是基于静电纺丝技术在聚合物纤维膜中引入二氧化钛颗粒,并在纤维膜表面原位聚合生成聚苯胺而得(图1)。研究团队证明了这种杂化纤维膜材料不仅可以吸附水中污染物(以刚果红和铬离子为例),且能够在可见光照射下进行再生。与洗涤再生的方式相比,可见光催化再生具有节能、环保的特点和更高的再生效率(图2)。

安徽建筑大学王献彪教授课题组在节能、环保聚合物纤维吸附膜研制方面取得进展
图2(a)不同再生次数的PAN/TiO2/PANI杂化纤维膜对刚果红的吸附动力学研究 (可见光催化再生和水洗再生对比);(b) 相应的再生效率对比

 

由于TiO2和聚苯胺的杂化复合,使得该纤维膜具有良好的可见光吸收和催化降解能力。对于光照条件下,杂化纤维膜表现出较好的光催化性能。然而,针对一些特殊环境(如,黑暗环境)中水污染物的处理则可以利用其优良的吸附性能。这是由于PAN/TiO2/PANI具有大量吸附功能基(如,亚胺基、羟基、腈基等),可以作为吸附位点选择性地捕获水中污染物。回收后,放置在可见光下使其在纤维膜表面降解,达到纤维膜再生循环使用的目的(图3)。

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图3. PAN/TiO2/PANI杂化纤维膜吸附和光催化再生示意图

因此,该杂化纤维膜是一种低成本、节能、环保的吸附材料,具有潜在的应用前景。

有关这项研究的详情,已经发表在近日出版的《化学工程杂志》(Chemical Engineering Journal, 2020, 399: 125749)上,原标题为《Electrospinning Preparation of PAN/TiO2/PANI Hybrid Fiber Membrane with Highly Selective Adsorption and Photocatalytic Regeneration Properties》。

论文链接:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894720318775

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