DOI: 10.1039/D0NA00529K
為了解決威脅可持續經濟發展和生態安全的全球性水資源短缺問題，研發出一種具有快速捕獲能力和易于排水的高效集水表面至關重要。受到納米布沙漠中Stenocara甲蟲集霧能力的啟發，本研究提出了一種制備用于大氣霧水收集的柔性、永久電紡超疏水-親水聚丙烯腈（PAN）和聚（甲基丙烯酸甲酯）（PMMA）納米復合纖維墊的簡便方法。疏水性PAN域和親水性納米材料的這種結合導致水在親水性微米顆粒和納米顆粒上凝聚，在疏水性納米纖維上流失。通過調整微米和納米材料的比例，可以調節霧水的收集效率。采用靜電紡絲技術，用不同比例的二氧化鈦（TiO2）納米顆粒和鋁（Al）微粒制備了超疏水性-親水性納米復合纖維，然后進行穩定化和碳化以從纖維結構中去除所有非碳質材料。研究了納米復合纖維的形態、表面疏水性、晶體結構和集霧性能。通過添加10％的微粒和納米粒子組合物，水接觸角達到154.8°。通過對這些納米復合材料的實驗測試證明了使用該納米復合材料生產淡水的可行性，其每日淡水產率超過1.49升/平方米。據估計，制備這樣的納米復合材料的用料成本僅為4.96美元，可供應2個家庭成員的最低日常用水量（即6升）。這些納米復合材料價格便宜，并且不需要額外的能量輸入，特別適合于干旱地區的清潔水生產。這項工作為實現集水材料的批量生產提供了一種非常可行且新穎的方法。
圖1.電紡PAN/PMMA納米復合纖維氈的制備過程示意圖。
圖2.納米復合纖維的FTIR光譜：（a）初紡和（b）碳化后。
圖3.含不同納米粒子夾雜物的碳化PAN/PMMA納米復合材料的XRD圖譜。
圖4.初紡（頂部）和碳化的（底部）PAN/PMMA納米復合材料的EDX光譜，該復合材料含10wt％的Al微粒和TiO2納米粒子。
圖5.制備的電紡PAN/PMMA納米復合纖維的SEM圖像：（a）0wt％納米粒子；（b）5wt％納米粒子；（c）10wt％納米粒子。
圖6.電紡碳化PAN/PMMA納米復合纖維的SEM圖像：（a）PAN/PMMA；（b）PAN/PMMA/5wt％NP；（c）PAN/PMMA/10wt％NP。
圖7.含0、2.5、5和10wt％的Al微粒和TiO2納米粒子夾雜物的碳化納米復合纖維的水接觸角。
圖8.霧水收集系統示意圖。
圖9.每個納米復合材料樣品收集的水量以及收集時間。
圖10.每個納米復合材料樣品在1小時內收集的水總量。
圖11.（A）（a）PAN/PMMA和（b）PAN/PMMA/10wt％NP納米復合纖維的光學圖像。（B）霧聚結過程隨時間變化的光學圖像：PAN/PMMA納米纖維（上）和PAN/PMMA/10wt％NP納米復合纖維（下）。
圖12.不同集水循環中PAN/PMMA/10wt％NP納米復合纖維的水接觸角。
圖13.不同集水循環中PAN/PMMA/10wt％NP納米復合纖維的集水情況。
