Abstract Dendrimers are a new class of polymeric materials owning unique properties such as hydrophobicity. In this study, hydrophobic hyper-branched dendritic (HB-Den) structures were synthesized via a polycondensation reaction between hydroxyl groups of boehmite and carboxylic groups of nitrilotriacetic acid (NTA) and was used to improve the hydrophobicity of electrospun nanofibrous membranes (ENMs). Effects of the different contents of HB-Den structures on membrane morphology, elemental properties, surface hydrophobicity, desalination performance and antifouling properties were assessed by field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), water contact angle measurements and air gap membrane distillation (AGMD) experiments. Digital microscopy images showed monodisperse dendrimers with a tree-like structure. The water contact angle and liquid entry pressure (LEP) increased from around 129.3° and 101 ± 3.1 kPa for a neat PVDF membrane to 138.3° and 121 ± 2.2 kPa upon loading with 0.075 wt% HB-Den structures. FTIR analysis of the HB-Den containing ENMs confirmed the presence of carboxylic groups of NTA on the membrane surface. After desalination experiments, the 0.075 wt% HB-Den ENM showed a stable flux of 10.7 kg/m2 h and 99.9% NaCl rejection over 15 h filtration of a 3.5 g/l NaCl solution. The anti-fouling properties of the ENMs were also enhanced by incorporation of the dendritic structures. The 0.075 wt% HB-Den ENM showed flux recovery of about 94% after 20 h desalination experiment using real seawater as a feed solution.

中文翻译：

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用于气隙膜蒸馏的超支化树枝状结构改性PVDF电纺膜

摘要 树枝状聚合物是一类具有疏水性等独特性质的新型高分子材料。在这项研究中，通过勃姆石的羟基和次氮基三乙酸 (NTA) 的羧基之间的缩聚反应合成了疏水性超支化树枝状 (HB-Den) 结构，并用于提高电纺纳米纤维膜 (ENM) 的疏水性。通过场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、水接触角等评估了不同HB-Den结构含量对膜形态、元素性质、表面疏水性、脱盐性能和防污性能的影响测量和气隙膜蒸馏 (AGMD) 实验。数字显微镜图像显示具有树状结构的单分散树枝状聚合物。水接触角和液体进入压力 (LEP) 从纯 PVDF 膜的约 129.3° 和 101 ± 3.1 kPa 增加到 0.075 wt% HB-Den 结构后的 138.3° 和 121 ± 2.2 kPa。包含 ENM 的 HB-Den 的 FTIR 分析证实了膜表面上存在 NTA 的羧基。在脱盐实验后，0.075 wt% HB-Den ENM 显示出 10.7 kg/m2 h 的稳定通量和 99.9% NaCl 截留率超过 3.5 g/l NaCl 溶液的 15 小时过滤。ENMs 的防污性能也通过加入树枝状结构而得到增强。0.075 wt% HB-Den ENM 在使用真实海水作为进料溶液进行 20 小时脱盐实验后显示出约 94% 的通量回收率。加载 0.075 wt% HB-Den 结构后，水接触角和液体进入压力 (LEP) 从纯 PVDF 膜的约 129.3° 和 101 ± 3.1 kPa 增加到 138.3° 和 121 ± 2.2 kPa。包含 ENM 的 HB-Den 的 FTIR 分析证实了膜表面上存在 NTA 的羧基。在脱盐实验后，0.075 wt% HB-Den ENM 显示出 10.7 kg/m2 h 的稳定通量和 99.9% NaCl 截留率超过 3.5 g/l NaCl 溶液的 15 小时过滤。ENMs 的防污性能也通过加入树枝状结构而得到增强。在使用真正的海水作为进料溶液进行 20 小时脱盐实验后，0.075 wt% HB-Den ENM 显示出约 94% 的通量回收率。加载 0.075 wt% HB-Den 结构后，水接触角和液体进入压力 (LEP) 从纯 PVDF 膜的约 129.3° 和 101 ± 3.1 kPa 增加到 138.3° 和 121 ± 2.2 kPa。包含 ENM 的 HB-Den 的 FTIR 分析证实了膜表面上存在 NTA 的羧基。在脱盐实验后，0.075 wt% HB-Den ENM 显示出 10.7 kg/m2 h 的稳定通量和 99.9% NaCl 截留率超过 3.5 g/l NaCl 溶液的 15 小时过滤。ENMs 的防污性能也通过加入树枝状结构而得到增强。在使用真正的海水作为进料溶液进行 20 小时脱盐实验后，0.075 wt% HB-Den ENM 显示出约 94% 的通量回收率。加载 0.075 wt% HB-Den 结构时为 2 kPa。包含 ENM 的 HB-Den 的 FTIR 分析证实了膜表面上存在 NTA 的羧基。在脱盐实验后，0.075 wt% HB-Den ENM 显示出 10.7 kg/m2 h 的稳定通量和 99.9% NaCl 截留率超过 3.5 g/l NaCl 溶液的 15 小时过滤。ENMs 的防污性能也通过加入树枝状结构而得到增强。在使用真正的海水作为进料溶液进行 20 小时脱盐实验后，0.075 wt% HB-Den ENM 显示出约 94% 的通量回收率。加载 0.075 wt% HB-Den 结构时为 2 kPa。包含 ENM 的 HB-Den 的 FTIR 分析证实了膜表面上存在 NTA 的羧基。在脱盐实验后，0.075 wt% HB-Den ENM 显示出 10.7 kg/m2 h 的稳定通量和 99.9% NaCl 截留率超过 3.5 g/l NaCl 溶液的 15 小时过滤。ENMs 的防污性能也通过加入树枝状结构而得到增强。在使用真正的海水作为进料溶液进行 20 小时脱盐实验后，0.075 wt% HB-Den ENM 显示出约 94% 的通量回收率。过滤 3.5 g/l NaCl 溶液 15 小时后，9% NaCl 去除率。ENMs 的防污性能也通过加入树枝状结构而得到增强。在使用真正的海水作为进料溶液进行 20 小时脱盐实验后，0.075 wt% HB-Den ENM 显示出约 94% 的通量回收率。过滤 3.5 g/l NaCl 溶液 15 小时后，9% NaCl 去除率。ENMs 的防污性能也通过加入树枝状结构而得到增强。在使用真正的海水作为进料溶液进行 20 小时脱盐实验后，0.075 wt% HB-Den ENM 显示出约 94% 的通量回收率。