Structural, Thermal, and Surface Properties of PVDF/Silica Aerogel Nanocomposite Membranes for Membrane Distillation Application

气凝胶 膜蒸馏 纳米复合材料 材料科学 热的 化学工程 复合材料 化学 海水淡化 工程类 生物化学 物理 气象学
作者
Amir Abdoli,Seyed Abdollatif Hashemifard,Mohsen Abbasi,Takeshi Matsuura,Aynour Khosravi
出处
期刊:Journal of Applied Membrane Science & Technology [Penerbit UTM Press]
卷期号:29 (2): 169-192
标识
DOI:10.11113/jamst.v29n2.321
摘要

This study addresses membrane distillation's key challenges - wetting and thermal inefficiency - by developing PVDF/silica aerogel nanocomposite membranes with optimized sublayer properties. We fabricated membranes with systematic variations in PVDF concentration (12-21%) and silica aerogel loading (1-3%), characterizing their structural and surface properties. FTIR analysis confirmed successful nanoparticle incorporation without altering PVDF chemistry. Porosity exhibited concentration-dependent behavior: increasing with silica at 12% PVDF, stable at 18%, and decreasing at 21% due to viscosity effects on phase separation. All nanocomposites showed reduced thermal conductivity, enhancing insulation. While skin layer hydrophobicity remained constant, silica migration significantly increased sublayer contacts angles (peak 130.6° for 18% PVDF/3% silica, 20% improvement over control). The 18% PVDF formulation demonstrated optimal balance, maintaining structural integrity while achieving high porosity (78.3%) and low thermal conductivity (0.048 W/mK). These results highlight two critical findings: (1) PVDF concentration dictates nanoparticle effects on membrane morphology, and (2) strategic silica incorporation simultaneously enhances sublayer hydrophobicity and thermal resistance without compromising mechanical stability. The study provides a design framework for MD membranes, demonstrating how sublayer engineering can mitigate wetting while improving thermal efficiency - crucial advancements for practical MD implementation.

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