集成碳纳米管与胺基交联剂对聚合物膜性能的协同效应

《Surfaces and Interfaces》：Synergistic Effects of Integrated Carbon Nanotubes and Amine-Based Cross-Linkers on Polymer Membrane Characteristics

　　

Fahed Alsubie|Abdulrahman Alalawi|Yaala Assiri|Hussain Alghamdi|Mohammed Alfaifi|Ahmed Alshahrani|Nawaf Bin Darwish|ChunYang Yin|Mohanad ElHarbawi|Mohamed Aboughaly|Jehad Saleh

摘要

水资源短缺迫切需要开发能够克服渗透性与选择性之间固有矛盾的海水淡化膜。我们研究了一种通过将多壁碳纳米管（MWCNTs）和交联剂整合到聚偏二氟乙烯（PVDF）聚合物基体中来提升膜性能的策略。实验中，我们制备并测试了不同MWCNT含量的混合膜，比较了仅含3% CNTs的膜与经过交联处理的膜。结果表明，仅添加3% CNTs即可使水通量提高五倍以上（从12.5 L/hr?m2增加到67.6 L/hr?m2），但盐的排斥率较低（30%），且在高浓度下由于纳米管聚集导致性能下降。重要的是，引入交联剂产生了协同效应：交联后的膜不仅保持了较高的水通量（70 L/hr?m2），还将盐的排斥率从30%提升至81%。这种性能提升归因于交联剂增强了聚合物结构，并改善了MWCNTs周围的界面完整性，有效阻断了盐的传输路径，同时保持了快速的水分传输能力。优化MWCNT的浓度和化学交联过程是设计下一代膜的有效方法，这些膜能够同时实现高渗透性和优异的盐排斥率，从而满足经济可行的水净化需求。