科学家发明性能稳定的电纺纳米纤维膜 大幅提高海水变饮用水效能

根据世界卫生组织的统计,全世界约有 7.85 亿人缺乏清洁的饮用水源。尽管地球上有大量的水,但大部分是海水,淡水只占总数的 2.5% 左右。提供清洁饮用水的方法之一是对海水进行淡化。韩国土木工程和建筑技术研究所(KICT)已经宣布开发出一种性能稳定的电纺纳米纤维膜,优化将海水变成饮用水的膜蒸馏过程。

在膜蒸馏过程中,最具挑战性的问题就是膜的润湿。如果在膜蒸馏操作过程中,膜出现了润湿现象,就必须更换膜。如果膜被完全润湿,就会极大的降低膜蒸馏性能,因为通过膜的进料流会导致低质量的渗透物。

来自 KICT、由 Yunchul Woo 博士领导的研究小组开发了同轴电纺纳米纤维膜,该膜由另一种纳米技术 — 电纺技术制造。这种新的海水淡化技术表明它有可能帮助解决世界上的淡水短缺问题。所开发的技术可以防止润湿问题,也可以提高膜蒸馏过程中的长期稳定性。膜中的纳米纤维应形成三维分层结构,以获得更高的表面粗糙度,从而获得更好的疏水性。

共轴电纺技术是制造具有三维分层结构的膜的最有利和最简单的选择。Woo 博士的研究团队使用名为偏氟乙烯-共六氟丙烯(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene)的聚合物作为核心,并使用与低浓度聚合物混合的二氧化硅气凝胶作为鞘,来制作同轴复合膜并获得超疏水膜表面。事实上,与传统的聚合物相比,二氧化硅气凝胶表现出更低的导热性,这导致在膜蒸馏过程中,由于传导性热损失的减少,水蒸气流量增加。

大多数在膜蒸馏应用中使用电纺纳米纤维膜的研究,虽然表现出较高的水蒸气通量性能,但操作时间不到 50 小时。而 Woo 博士的研究小组使用制造的共轴电纺纳米纤维膜应用膜蒸馏可以达到 30 天,也就是 1 个月。

共轴电纺纳米纤维膜在 1 个月内完成了 99.99% 的盐分排斥。根据结果,由于其低滑动角和导热性能,该膜运行良好,没有湿润和结垢问题。

温度极化是膜蒸馏的重要缺点之一。在膜蒸馏操作过程中,由于传导性热损失,它可以降低水蒸气流量性能。该膜适合于长期的膜蒸馏应用,因为它具有几个重要的特性,如:低滑动角、低热导率、避免温度极化、减少湿润和污垢问题,同时保持过饱和的高水蒸气流量性能。

Woo 博士的研究小组指出,在商业化的膜蒸馏过程中,拥有一个稳定的过程比高水蒸汽通量性能更重要。Woo 博士说,”共轴电纺纳米纤维膜在处理海水溶液方面具有强大的潜力,而不存在湿润问题,能够应用于显示生产中”。

本文链接

发表评论

您的电子邮箱地址不会被公开。 必填项已用*标注