A Scalable, Pollution-Free Protocol of Poly(vinylidene fluoride) In Situ Nanofibrillar Membranes for Effective Oil–Water Separation

材料科学 制作 乳状液 化学工程 聚合物 纳米纤维 生物污染 膜结构 纳米技术 原位 蚀刻(微加工) 膜技术 表面能 溶剂 微流控 磁导率 分离过程 合成膜 悬挂(拓扑) 聚酰胺 接触角 薄膜
作者
Xinrui Gao,Jiayi Ren,Lei Li,Ling Xu,Huadong Huang,Gan‐Ji Zhong,Zhong-Ming Li
出处
期刊:Langmuir [American Chemical Society]
卷期号:42 (4): 3458-3467
标识
DOI:10.1021/acs.langmuir.5c05690
摘要

The application of poly(vinylidene fluoride) (PVDF) nanofibrils in the membrane separation field has been extensively limited due to solvent toxicity and complex regulatory techniques of PVDF in the fabrication of nanofibrils. In this work, a scalable and environmental pollution-free protocol based on in situ nanofibrillation, followed by etching of the polymer matrix to fabricate PVDF nanofibrillar membranes for oil–water separation, has been successfully realized. Due to strong interfacial interactions with the poly(ethylene oxide) (PEO) matrix, PVDF nanofibrils with diameters ranging from 200 to 400 nm are obtained by shear and stretch stresses under the melt-stretching field. The low surface energy of PVDF and the rough surface of PVDF nanofibrillar membranes result in hydrophobic and under-oil superhydrophobic performances, making them strong candidates for application in oil–water emulsion separation. The high separation flux (5160 L m–2 h–1 bar–1) and separation efficiency (97.5%) are achieved when the membrane thickness reaches 1.7 mm, surpassing the performance of other PVDF-based membranes. PVDF nanofibrillar membranes also display high durability, ascribed to a robust nanofibril-jointed structure, which maintains a good balance between permeability and separation efficiency after multiple separations. Moreover, PVDF nanofibrillar membranes also exhibit promising comprehensive performance, including good oil-absorption capacity, good reusability, resistance to acids/alkalis/organic solvents, and temperature resistance. This work offers insights into the construction of PVDF separation membranes via a scalable and pollution-free processing technology.
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