電紡膜由于其高孔隙率和三維(3D)結構而顯示出作為水凈化分離材料的巨大潛力。然而,膜污染仍未得到有效解決。在這項工作中,研究者通過將NH2-MIL-88B(Fe)(NM88B)催化劑引入水解聚丙烯腈(HPAN)膜3D基質中,制備了親水性可見光響應型NM88B@HPAN納米纖維膜。由于羧基官能團中質子的部分解離,HPAN膜表面在水中帶負電荷,這有利于改善HPAN膜與質子化NM88B之間的相互作用,從而使納米粒子在膜表面具有良好的分散性,賦予NM88B@HPAN納米纖維膜較高的穩定性。所研制的納米纖維膜對各種油/水乳液表現出優異的分離效率(高達99%)和高滲透通量(946-6014L/m2/h)。同時,由于強親水性和光芬頓活性的協同作用,該膜對羅丹明B(RhB)(90.04%)具有較高的通量恢復率和染料降解能力。此外,本工作開發的復合納米纖維膜具有良好的力學性能,有利于在實際生產過程中重復使用。
圖1.納米纖維膜的數碼照片:(a)PAN,(c)HPAN,(e)NM88B@HPAN;不同放大倍率下(b)PAN基材、(d)HPAN膜和(f)NM88B@HPAN復合膜表面的SEM圖像。
圖2.NM88B@HPAN膜的EDS映射圖像(a)和EDS光譜(b)。
圖3.PAN、HPAN和NM88B@HPAN膜的FTIR光譜。
圖4.(a)PAN納米纖維膜、(b)NM88B納米粒子和(c)HPAN及復合膜的XRD圖譜。
圖5.(a)PAN、HPAN和復合膜的XPS光譜,(b)NM88B@HPAN膜的Fe2p、(C)O1s、(d)N1s和(e)C1s XPS。
圖6.膜表面的潤濕性。(a)純PAN、(b)純HPAN和(c)NM88B@HPAN膜表面的WCAs圖片。(d)五種油的UOCAs。
圖7.(a)自制裝置中的水包油乳液分離;(b)Tween-80穩定的各種水包油乳液的膜通量;(c)NM88B@HPAN膜通量隨循環次數的變化,以及光催化去污性能。
圖8.液滴粒徑分布(左);五種不同水包油乳液在分離前后的光學顯微鏡照片以及數字圖像(右)。
圖9.長期反復光催化自清潔實驗。
圖10.(a)RhB在黑暗和可見光下的紫外-可見光譜變化;(b)RhB的光芬頓降解;(c)所開發NM88B@HPAN膜的防污性能(正己烷/水乳液);(d)NM88B@HPAN膜的可重復使用性。
圖11.開發的復合納米纖維膜和HPAN膜的拉伸強度。