功能性PVDF/rGO/TiO2納米纖維網用于水中除油

DOI:10.1016/j.polymer.2019.122028

智能膜具有功能性強、效率高、成本低、穩定性好等優點，是目前最有前途的水處理方法。在本研究中，將rGO/TiO₂納米顆粒摻入電紡溶液中，制備了新型的用于油水分離的PVDF/rGO/TiO₂納米纖維網。用Brodie法制備GO，用水熱法合成rGO/TiO₂。采用原子力顯微鏡（AFM）和光學顯微鏡對PVDF/rGO/TiO₂納米纖維的形貌進行了測試。此外，還測試了這些納米纖維網的力學性能、水接觸角、傅立葉變換紅外光譜（FTIR）和油水分離性能。結果表明，rGO/TiO₂濃度為3%的PVDF/rGO/TiO₂納米纖維具有均勻的直徑和直徑分布。此外，隨著rGO/TiO₂濃度從0%增加到20%，平均粗糙度（Ra）呈增加趨勢。rGO/TiO₂濃度對PVDF/rGO/TiO₂納米纖維網的力學性能有影響。FTIR結果表明納米纖維網中存在GO和TiO₂峰。此外，從油水去除實驗可以看出，rGO/TiO₂濃度為3%的PVDF/rGO/TiO₂納米纖維網的除油效率最高，達到98.46%。總之，疏水性PVDF/rGO/TiO₂納米纖維網是一種很有前途的油水分離材料。

圖1. a-f）樣品1-樣品6，樣品的AFM圖像（rGO/TiO₂分別為0％，1％，3％，5％，10％和20％的PVDF/GO/TiO₂膜）。g）樣本的平均均方根（Ra）和Welch兩次樣本的t檢驗結果（n=5）。

圖2. a-f）rGO/TiO₂濃度分別為0％，1％，3％，5％，10％和20％的PVDF/rGO/TiO₂納米纖維的光學顯微照片。

圖3. a-d）樣品的FTIR圖（波數范圍為400 cm^-1至4000 cm^-1）（樣品1-6，rGO/TiO₂濃度分別為0%、1%、3%、5%、10%和20%的PVDF/rGO/TiO₂納米纖維網）。

圖4. a-e）樣品1-5，PVDF/rGO/TiO₂納米纖維直徑分布，相應的rGO/TiO₂濃度分別為0%、1%、3%、5%和10%。f）rGO/TiO₂濃度納米顆粒的平均直徑。g）rGO/TiO₂濃度為20%的PVDF/rGO/TiO₂納米纖維的平均PVDF/TiO₂納米纖維長度。

圖5. a）樣品1-6，樣品的水接觸角（rGO/TiO₂為0%、1%、3%、5%、10%和20%的PVDF/GO/TiO₂納米纖維網）。b）試樣的水接觸角和兩個試樣的t檢驗結果（n=5）。

圖6. a）樣品斷裂的平均延伸和Welch雙樣本t檢驗結果（n=3）。b）樣品斷裂的平均載荷和Welch雙樣本t檢驗結果（n=3）。c）樣品的平均拉伸應變和Welch的兩個樣品的t檢驗結果（n=3）。

圖7. a-f）樣品1-6，rGO/TiO₂濃度分別為0％、1％、3％、5％、10％和20％（rGO/TiO₂％=）的樣品（PVDF/rGO/TiO₂納米纖維網）的拉伸應變-應力曲線。

圖8. a-g）油/水樣品（去離子水，分別為1 g/L0.5 g/L、0.25 g/L、0.125 g/L、0.0625 g/L和0 g/L）的FTIR圖（波數范圍從400 cm^-1至4000 cm^-1）。

圖9. a-f）油/水樣品經納米纖維樣品（樣品1-6，rGO/TiO₂濃度為0%、1%、3%、5%、10%和20%的PVDF/rGO/TiO₂納米纖維網）過濾后的FTIR圖（波數范圍為400 cm^-1至4000 cm^-1）。

圖10. a）1 g/L油/水溶液經納米纖維樣品過濾后的油濃度（樣品1- 6，rGO/TiO₂濃度分別為0%、1%、3%、5%、10%和20%的PVDF/rGO/TiO₂納米纖維網）。b）3650 cm^-1至3000 cm^-1處的峰面積標準曲線。c）納米纖維樣品的平均除油效率。d）用納米纖維樣品過濾1g/L油/水溶液后的油濃度和Welch雙樣本的t檢驗結果（n=3）。e）納米纖維樣品的除油效率和Welch雙樣本t檢驗結果（n=3）。