【摘 要】
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随着全球人口规模不断扩大和社会经济快速发展,人类赖以生存的环境正面临着多种污染,其中水污染是最严重的生态威胁之一。虽然地球蕴含着丰富的水资源,但只有0.25%的体量可以被人类有效利用,例如分布不均的河流、湖泊和地下水。海水占地球总水量的96.53%,海水淡化是实现水资源的开源增量技术,但成本高、能耗大。如何利用海水淡化补充淡水资源正成为新时代的关键挑战。过滤材料在处理生活污水、工业污水、纯水的过滤
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随着全球人口规模不断扩大和社会经济快速发展,人类赖以生存的环境正面临着多种污染,其中水污染是最严重的生态威胁之一。虽然地球蕴含着丰富的水资源,但只有0.25%的体量可以被人类有效利用,例如分布不均的河流、湖泊和地下水。海水占地球总水量的96.53%,海水淡化是实现水资源的开源增量技术,但成本高、能耗大。如何利用海水淡化补充淡水资源正成为新时代的关键挑战。过滤材料在处理生活污水、工业污水、纯水的过滤和海水淡化等方面有广泛应用,其制备工艺简单,性能优异,不仅能将水中的杂质过滤清除,而且能有效杀灭细菌,为促进水资源的再循环和回收利用提供了一种解决方案。纳米纤维膜作为理想的过滤材料,具有孔隙率高、质量轻、透气性好等特点,在水处理领域中具有优异的应用前景。本研究使用静电纺丝技术制备纳米纤维膜海水蒸发器,探讨其光热水蒸发效率和杀菌性能,旨在为水资源的高效处理提供新选择。首先,利用表面被修饰的静电纺丝多孔纤维膜设计了一种“三明治”结构的纳米纤维膜海水蒸发器,用于海水淡化。纳米纤维膜海水蒸发器的顶层由MXene(Ti3C2Tx)制成,中间层为高度疏水的聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)纳米纤维膜,底层为通过在PVDF-HFP纤维膜表面沉积交联聚多巴胺和聚乙烯亚胺(PDA/PEI可简写为PDE)来制备的亲水性材料。在1 k W m-2的光照强度下,纳米纤维膜海水蒸发器的光热转换效率为94.42%,海水蒸发速率为1.35 kg m-2h-1;在3 k W m-2的光照强度下,光热转换效率为95.45%,海水蒸发速率为3.782kg m-2h-1,并且在多次循环中依然保持高效的海水淡化性能。其次,对影响海水蒸发速率的因素以及该纳米纤维膜海水蒸发器的抗菌性能进行了探究。实验结果表明基底膜的厚度以及MXene(Ti3C2Tx)的用量均会影响海水淡化的速率,并总结出样品PDE-PF10-M0.1的海水淡化性能最为优异。此外,在海水中存在各种各样的细菌和微生物,最近的研究表明,MXene(Ti3C2Tx)实际上具有杀菌作用,因此使用纳米纤维膜海水蒸发器进行了杀菌实验,结果表明经过MXene(Ti3C2Tx)修饰的纳米纤维膜海水蒸发器具有良好的杀菌抑菌效果。这种基于纳米纤维膜的多功能集成夹层结构蒸发器提供了一种新的海水淡化策略。
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