导读：

近期，南京工业大学孙世鹏教授等人利用同轴静电纺丝制备了具有可调调润湿性的核壳纳米纤维衬底，用于开发新型纳滤膜。该研究探索了利用核壳纳米纤维和胺化多壁碳纳米管来实现高渗透性和耐溶剂性。相关研究成果以“Coaxial electrospun nanofibrous substrates with tunable wettability for constructing cucurbit[n]uril-embedded organic solvent nanofiltration membranes”为题目，发表于期刊《Chemical Engineering Journal》上。

本文要点：

1、该研究采用同心电纺技术制备了具有可调湿润性的核壳纳米纤维基底，其中添加了氨基化多壁碳纳米管。

2、该策略使纳米纤维衬底具有可调的润湿性而不牺牲稳定性，从而保证了通过界面聚合(IP)一步构建无缺陷的纳米纤维薄膜复合膜。

3、此外，葫芦[n]脲通过主客体化学和IP耦合嵌入到聚酰胺网络中，提供了更宽的溶剂运输通道，并在不牺牲选择性的情况下实现了四倍的甲醇渗透率(22.34 L·m⁻²h⁻¹·bar⁻¹)。

4、该膜在化学、制药等领域的溶剂回收中具有应用前景。

Scheme 1.  设计一种具有可控润湿性的核壳结构纳米纤维基底，构建葫芦[n]脲包埋膜用于高效有机溶剂纳滤的示意图。

基于MWCNTs-NH₂改性核壳纳米纤维基底的制备过程：

采用同轴静电纺丝技术制备了具有可调润湿性的核-壳纳米纤维基底，这对制备无缺陷复合纳滤膜至关重要。

首先，采用相同的PAA聚合物作为芯壳溶液，保证了整个膜的耐溶剂性和芯壳层之间的强附着力。

其次，壳溶液的聚合物浓度高于核溶液，因为增加壳溶液的粘度可以有效削弱电纺过程中核溶液的雷利-泰勒不稳定性。

向壳溶液中添加MWCNTs-NH₂，以调节纺丝溶液的导电性和制备纳米纤维基底的润湿性。

图1 TFNC@n/TFNC@n-CB膜的制备工艺示意图。

图2 (a) 6FDA-PAA合成示意图；(b) 6FDA-PAA-CNTs@0.5纳米纤维核壳结构的TEM图像；(c) 6FDA-PAA-CNTs@0.5纳米纤维对应的元素分布图。

图3 (a) PAA的合成及其亚胺化成PI；(b) PAA-CNTs@n和PI-CNTs@n纳米纤维衬底的FTIR和(c)数字照片。

同轴电纺技术构建纳米纤维基底用于有机溶剂纳滤膜的优势：

1. 一步构建：同轴电纺可一步制备核壳纳米纤维，简化了制备过程并节省时间。

2. 可调湿润性：可将亲水材料添加到薄壳层中，不影响整体溶剂抵抗性，并提供基底的可调湿润性。

3. 可调厚度：在同轴电纺过程中，可以调整核和壳溶液的不同流速以优化纳米纤维基底，获得可调厚度的基底。

4. 增强机械强度：可在壳层中添加氨基化多壁碳纳米管（MWCNTs-NH2），从而增强基底的机械强度。

5. 宽溶剂传输通道：通过宿主-客体化学和界面聚合，将宏环分子嵌入聚酰胺网络中，提供更宽的溶剂传输通道，实现增强的透过率而不牺牲选择性。

图4 (a-b)纳米纤维基底的SEM图像:(a1) PAA， (a2) PAA-CNTs@0.4， (a3) PAA-CNTs@0.5， (a4) PAA-CNTs@0.6， (a5) PAA-CNTs@0.75， (b1) PI， (b2)PI-CNTs@0.4， (b3) PI-CNTs@0.5， (b4) PI-CNTs@0.6， (b5) PI-CNTs@0.75(插入图为衬底平均纤维直径分布)；(c) PAA和(d) PI基底纤维直径随CNTs含量增加的变化；(e)孔径分布，(f)孔径，(g)碳纳米管含量增加时PI基板的AFM图像。

图5 (a) PI和PI-CNTs@n纳米纤维基板的静态水接触角和(b)动态水接触角；(c) PI和PICNTs@ n纳米纤维基板的拉伸应力-应变曲线；(d) PI、PAA-CNTs@0.5和PI-CNTs@0.5纳米纤维基板的拉伸应力-应变曲线。

图6 (a) PIP和(b) PIP- cb6在两相界面中的扩散及(a) TFNC@0.5和(b) TFNC-CB@0.5膜的表面形貌示意图；(c-d) TFNC@0.5和(e-f) TFNC@0.5-CB膜的SEM图像。

图7 (a) TFNC@0.5和TFNC@0.5-CB膜的纯溶剂渗透性；(b) TFNC@0.5和TFNC@0.5-CB膜的选择层结构、传质和分离过程示意图；(c) TFNC@0.5-CB膜的纯溶剂渗透率与溶剂性质的线性关系；TFNC@0.5-CB膜对(d)染料和(e)药物的排斥反应(饲料:50 mg·L-1 MeOH染料/药物)。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.142880