多级结构SiO2基纳米纤维膜制备技术

图5-20　（a）F-SNF/Al2O3NPs纤维膜的制备流程示意图；（b）F-SNF/Al2O3NPs纳米纤维膜的SEM图；（c）F-SNF/Al2O3NPs纳米纤维膜的疏水亲油性能展示

与F-SNF纤维膜相比，F-SNF/Al2O3NPs纤维膜具有更加优异的疏水性能，如图5-21（a）和（b）所示，将3μL水滴分别滴在F-SNF纤维膜与F-SNF/Al2O3NPs纤维膜表面，从图中可以看出两者表面水滴的体积均随时间延长而逐渐变小，这是由于水滴蒸发而导致，同时F-SNF纤维膜表面的水滴逐渐渗入到膜内部，而F-SNF/Al2O3NPs纤维膜表面无水滴渗入现象发生，表明F-SNF/Al2O3NPs纤维膜具有优异的疏水性能。从图5-21（c）和（d）中可以看出F-SNF纤维膜的接触线长基本保持不变，水接触角不断变小，而F-SNF/Al2O3NPs纤维膜的接触线长（WCL）不断变小且水接触角始终保持在150°以上，表明F-SNF/Al2O3NPs纤维膜具有优异的超疏水性。

图5-21

图5-21　（a）F-SNF纤维膜表面的水滴随时间变化的光学照片；（b）F-SNF/Al2O3NPs纤维膜表面的水滴随时间变化的光学照片；（c）F-SNF和F-SNF/Al2O3NPs纤维膜的接触线长随时间的变化；（d）F-SNF和F-SNF/Al2O3NPs纳米纤维膜水接触角随时间的变化

为实现静电纺纤维膜对油水乳液的高效高通量分离，其必须具备小孔径、高孔隙率以及较好的孔道连通性。利用N2吸附法对纤维膜的孔结构进行分析，F-SNF纤维膜与F-SNF/Al2O3NPs纤维膜的N2吸附—脱附曲线及孔径分布如图5-22所示，从图5-22（a）中可以看出，F-SNF/Al2O3NPs纤维膜的N2吸附量远高于F-SNF纤维膜，且材料表现出介孔吸附特性，低压区吸附曲线较为平缓，这一阶段为介孔表面单层吸附，而随着压力逐渐升高，中压区吸附曲线平稳上升，这一阶段为多孔表面上的多层吸附，而高压区吸附曲线陡增，这一阶段为介孔表面的毛细凝聚过程，滞后环较为陡直，表明纤维膜中的介孔为通孔结构且孔尺寸较为均一［52］。针对材料的介孔结构特性，以BJH模型来计算材料的孔径分布，从图5-22（b）中可以看出，F-SNF/Al2O3NPs纤维膜的孔大多分布在2～80nm且形成一个以31nm左右为中心的峰，而F-SNF纤维膜的孔径分布曲线较为平缓，说明材料中的介孔结构相对较少。

图5-22　（a）F-SNF/Al2O3NPs纳米纤维膜的N2吸附—脱附等温线图；（b）由BJH法得到的纤维膜孔径分布

基于F-SNF/Al2O3NPs纤维膜的介孔结构与通孔结构特性，将其用于油包水乳液分离，浑浊的乳液经纤维膜分离后呈澄清透明状，如图5-23（a）所示。从光学显微镜图中可以看出，分离前乳液中均匀分散着粒径2～5μm的乳化水，分离后在光学显微镜中已无法观测到乳粒的存在，如图5-23（b）所示，表明F-SNF/Al2O3NPs纤维膜对油包水乳液具有优异的分离性能，其分离通量高达892L/（m2·h）。(www.xing528.com)

图5-23　（a）F-SNF/Al2O3NPs纳米纤维膜的油水分离图片；（b）乳液分离前（左）和分离后（右）的光学照片与显微镜图片对比