大量污水直接排入水中會對生態和人類健康造成不利影響。水質的嚴重惡化給滿足日益增長的清潔水需求帶來了重大挑戰。因此,迫切需要開發出環保的先進技術來克服這場全球危機。在這方面,納米纖維基膜過濾由于其巨大的表面積、極其多孔的結構、適合的孔徑/孔徑分布、材料選擇的多樣性以及可使用其他功能材料進行改性的靈活性而成為一種很有前景的廢水修復技術。盡管納米纖維膜具有獨特的性能,但污染、機械性能差、收縮和變形是納米纖維膜處理廢水的主要缺點。本文綜述了納米纖維膜的制備及其在水凈化應用中的功能,并提供了克服/減輕上述缺點的新方法。該綜述首先介紹了納米纖維膜的制備方法,重點介紹了靜電紡絲技術的通用性和可行性,同時討論了控制納米纖維形態的參數。隨后,通過將納米纖維膜與其他納米材料(如金屬和金屬氧化物納米粒子、碳納米管、金屬有機骨架和生物分子)結合,對納米纖維膜的功能化進行了演示和討論。此外,還重點介紹了微生物功能化的納米纖維膜。最后,以去除不同污染物(例如,重金屬、營養素、放射性元素、藥物和個人護理產品、染料和殺蟲劑)為背景,詳細介紹并討論了納米纖維在廢水處理中應用的最相關和最新進展。另外,還充分強調了納米纖維膜在去除廢水中微生物方面的抗菌能力。總之,本綜述為從事納米纖維膜行業的研究人員和生產商提供了初步數據以及理論指導,有利于填補廢水處理方面的研究空白。
圖1.兩種靜電紡絲裝置:a)水平和b)垂直。
圖2.納米纖維膜功能化示意圖。(a)預功能化方法;(b)共混或共靜電紡絲方法;(c)后功能化方法;(d)用微生物功能化。
圖3.示意圖顯示了功能化納米纖維從水中去除不同有害物質的能力。
圖4.示意圖展示了吸附過程的驅動力。(a)物理或靜電相互作用;(b)化學或離子相互作用;(c)離子交換;(d)生物累積或生物吸附。
圖5.示意圖顯示了使用納米纖維膜進行水凈化的可能過濾機制。
圖6.示意圖說明了使用功能化納米纖維膜對有機污染物的不同催化降解機制。