Polydimethylsiloxane (PDMS) Composite Membrane Fabricated on the Inner Surface of a Ceramic Hollow Fiber: From Single-Channel to Multi-Channel

材料科学 聚二甲基硅氧烷 陶瓷 复合数 复合材料 涂层 扫描电子显微镜 图层(电子) 纤维 聚合物 化学工程 傅里叶变换红外光谱 渗透汽化 渗透 化学 工程类 生物化学
作者
Ziye Dong,Hongyu Zhu,Yingting Hang,Gongping Liu,Wanqin Jin
出处
期刊:Engineering [Elsevier BV]
卷期号:6 (1): 89-99 被引量:22
标识
DOI:10.1016/j.eng.2019.10.012
摘要

The fabrication of a separation layer on the inner surface of a hollow fiber (HF) substrate to form an HF composite membrane offers exciting opportunities for industrial applications, although challenges remain. This work reports on the fabrication of a polydimethylsiloxane (PDMS) composite membrane on the inner surface of a single-channel or multi-channel ceramic HF via a proposed coating/cross-flow approach. The nanostructures and transport properties of the PDMS HF composite membranes were optimized by controlling the polymer concentration and coating time. The morphology, surface chemistry, interfacial adhesion, and separation performance of the membranes were characterized by field-emission scanning electron microscope (FE-SEM), attenuated total reflection Fourier-transform infrared (ATR-FTIR) spectroscopy, the nano-indentation/scratch technique, and pervaporation (PV) recovery of bio-butanol, respectively. The formation mechanism for the deposition of the PDMS layer onto the inner surface of the ceramic HF was studied in detail. The optimized inner surface of the PDMS/ceramic HF composite membranes with a thin and defect-free separation layer exhibited a high flux of ~1800 g·m−2·h−1 and an excellent separation factor of 35–38 for 1 wt% n-butanol/water mixtures at 60 °C. The facile coating/cross-flow methodology proposed here shows great potential for fabricating inner-surface polymer-coated HFs that have broad applications including membranes, adsorbents, composite materials, and more.

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