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全世界约有7.85亿人缺乏清洁的饮用水。海水占地球水资源的一大部分,淡水只占2.5%左右。提供清洁饮用水的方法之一是对海水进行淡化。韩国科学家开发出一种性能稳定的电纺纳米纤维膜,能优化从海水变成饮用水的膜蒸馏过程。

在膜蒸馏过程中膜的润湿是最难解决的问题。如果膜出现了润湿现象,蒸馏性能下降,就必须更换膜。因为膜的进料流会导致低质量的渗透物。


韩国土木工程和建筑技术研究所(KICT)的Yunchul Woo 博士开发了一种用电纺技术制造的轴电纺纳米纤维膜可以防止润湿问题,也可以提高膜蒸馏过程中的长期稳定性。膜中的纳米纤维形成三维分层结构使膜拥有更高的表面粗糙度,从而获得更好的疏水性。


同轴电纺技术是制造具有三维分层结构膜的最有效的方法。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,混合低浓度聚合物二氧化硅气凝胶作为鞘,来制作同轴复合膜。因为这样能发挥二氧化硅气凝胶的低导热特性,减少导热损失,在膜蒸馏时,水蒸气流量增加,增强了膜的疏水性。

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,但操作时间不高于50小时。而Woo博士的研究小组使用制造的同轴电纺纳米纤维膜应用膜蒸馏可以达到30天。


同轴电纺纳米纤维膜在30天内完成了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。同轴电纺纳米纤维膜在处理海水溶液方面具有强大的潜力,并且不存在湿润问题,能够应用于现实生产中。

静电纺丝纳米纤维膜在水过滤中有优势,它能有效地减少膜的润湿,保证水过滤的效果,Woo博士团队制备的同轴静电纺丝纳米纤维膜具有很好的疏水性,在海水淡化中作用显著。制备同轴静电纺纳米纤维膜需要良好的设备,由佛山轻子公司研发的全能型静电纺丝机E05配备了双纺丝注射泵,可以采用不同的注射速度制备高质量的同轴纳米纤维膜。

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来源:武汉新闻网

标题:同轴电纺纳米纤维膜大幅提高海水淡化效能

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