Preparation and Performance Study of Strong and Tough Polyacrylonitrile/Polyurethane Composite Electrospun Janus Fiber Membranes for Oil/Water Emulsion Separation

材料科学 聚丙烯腈 膜 杰纳斯 化学工程 乳状液 聚氨酯 复合数 图层(电子) 纤维 碳纳米管 分离(统计) 纳米技术 膜技术 复合材料 一步到位 薄膜复合膜 气体分离 纳米纤维 选择性
作者
Shuai Wang,Xiao‐yu Chen,Xin‐Yu Zhu,Huirong Li,Shi‐da Feng,Shaokang Fang,Yu‐shan Yuan,Xue Wang,Jintong Li,Yue Yu
出处
期刊:Polymer Engineering and Science [Wiley]
卷期号:66 (7): 5213-5223
标识
DOI:10.1002/pen.70573
摘要

ABSTRACT Oil pollution poses a persistent threat to ecosystems and human habitats. The development of high‐performance oil–water separation membranes must address the inherent challenge of high energy consumption while ensuring high throughput and durability. In this study, we present an electrospun Janus membrane (PPNM) with an asymmetric hydrophilic–hydrophobic structure. The hydrophilic layer consists of polyacrylonitrile (PAN), polyurethane (PU), and tannic acid (TA), whereas the hydrophobic layer is composed of PAN, PU, and carbon nanotubes (CNTs). The microstructure, mechanical properties, wettability, and oil–water separation performance of the membrane were systematically investigated, with emphasis on elucidating the influence of the hydrophilic/hydrophobic layer thickness ratio on separation efficiency. By tuning this ratio in the Janus membrane, efficient selective separation was achieved for both oil‐in‐water (O/W) emulsions (flux up to 1179.5 L m −2 h −1 ) and water‐in‐oil (W/O) emulsions (flux up to 1450 L m −2 h −1 ), with separation efficiencies exceeding 99% for both types. After 10 separation cycles, the membrane showed no significant decline in performance, demonstrating excellent cycling stability. The structural advantages of this Janus membrane in separating O/W emulsions provide both theoretical insight and experimental support for its potential application in complex oil–water systems.
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