有機溶劑在化工分離、精細化工產品的有機合成、藥物有效成分的提取以及高附加值產品的分離純化等諸多過程中均有廣泛應用。分離回收這些有機溶劑傳統采用的蒸餾、萃取等方法存在著諸如能耗較高、溶劑損耗大等弊端，高分子耐溶劑納濾膜由于具有分離精度高、可操作性強等優勢成為研究熱點。然而高分子納濾仍然存在一些瓶頸限制了其應用，如①高分子材料的抗溶劑性較差，易在溶劑中發生溶脹或溶解；②傳統相轉化膜結構致密，膜阻力較高，導致傳統耐溶劑復合膜的溶劑通量普遍較低等。

日前，南京工業大學膜科學技術研究所孫世鵬教授團隊研發出一種新型耐溶劑納米纖維復合膜。實驗室基于高壓溶液靜電紡絲法制備支撐層，①通過化學交聯法在聚合物鏈間形成穩定的交聯結構以及在極性溶劑中的化學穩定性；②通過采用靜電紡絲納米纖維基膜，利用其孔隙率高，孔道彎曲率低的特點降低基膜傳質阻力，且納米纖維膜相對于傳統非對稱基膜而言具有非常良好的機械強度。

圖1. (a) 傳統非溶劑致相分離法制備的納濾膜致密皮層有較高的傳質阻力，(b) 高壓靜電紡絲法制備的高通量復合膜為低彎曲率的貫通孔結構，降低了基膜傳質阻力。水合肼交聯法提高了聚丙烯腈材料在極性溶劑中的穩定性。

通過高壓溶液靜電紡絲法直接在接收器上堆積的納米纖維較為疏松，可以在高溫高壓下對其進行后處理以降低表面粗糙度。在水合肼溶液中進行化學交聯制備出有良好耐溶劑性能的改性PAN基膜，再通過界面聚合法制備得到聚酰胺選擇層。在特殊膜結構的作用下，交聯PAN納米纖維基膜的機械強度要強于傳統相轉化PAN膜20倍，且由于其低膜阻的特點提高了交聯劑在膜內的傳質分散，提高了對膜主體交聯的均勻性，提高了聚丙烯腈基膜在極性溶劑中的穩定性。

圖2. (a) 兩種交聯膜的物理外觀對比說明納米纖維膜在水合肼溶液中交聯程度更高,(b)兩種交聯膜的機械強度對比，(c) 高壓電場的誘導作用提高了PAN鏈段在纖維中的取向性， 使其具有了較高的機械強度。

在截留率相同的前提下，納米纖維復合膜的純水通量達到自制非對稱復合膜的9倍，顯示出納米纖維膜低膜阻的特性。納米纖維復合膜在溶劑體系中也具有良好性能，在不犧牲截留率的前提下，該膜在甲醇中能達到10LMH/BAR的通量，性能優于相似條件下的多數文獻值。且在二甲基亞砜(DMSO)中運行約50小時仍然能夠保持較好的穩定性，這表明納米纖維膜在有機溶劑體系中具有良好的應用前景。

該研究成果作為封面文章發表在Journal of Materials Chemistry A雜志上（J. Mater. Chem. A, 2018,6, 15047-15056.）。本項目依托于材料化學國家重點實驗室，國家特種分離膜工程技術研究中心，由國家青年千人計劃、國家自然科學基金等多項基金資助。博士生陸天丹為文章的第一作者；孫世鵬教授和Cher Hon Lau博士為共同通訊作者。

圖3. (a) 復合膜的甲醇通量及對多種染料的分離性能,(b)與文獻的性能對比，(c)復合膜在DMSO中的穩定性。

   

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參考文獻：

http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2018/TA/C8TA04504F#!divAbstract