從水資源面臨的現狀和挑戰，看靜電紡絲膜如何大顯神通！

導語

石油泄漏、工業廢水等造成嚴重的水污染。另外，淡水短缺，也加劇了水資源的壓力。因此，研究人員越來越重視含油廢水的處理和鹽水淡化的新技術。本期梳理了6篇關于靜電紡納米纖維膜在高效分離油水、可持續海水淡化方面的最新研究論文，供大家了解學習。

1、浙江大學徐志康等人J. Mater. Chem. A ( IF 14.511) ：由“移動界面”啟用的自除垢 Janus 納米纖維蒸發器用于太陽能驅動的高鹽水淡化（2022.9.6）

?挑戰：多孔蒸發器驅動的太陽能脫鹽是獲取淡水的可持續途徑。盡管出現了防結垢蒸發器，但由于多孔結構中不可避免的鹽堆積，在高鹽水中的持久蒸發仍然是一個巨大的挑戰。

?方法：浙江大學徐志康教授&中山大學楊皓程副教授&德國拜羅伊特大學Andreas Greiner教授開發了一種具有“移動界面”的自除垢 Janus 蒸發器 (SJE)，該蒸發器由 Fe₃O₄ 嵌入的聚 (N-異丙基丙烯酰胺) (PNIPAM) 納米纖維層和親水聚丙烯腈 (PAN) 納米纖維層通過順序靜電紡絲制備。

?創新點1：綜合了Fe₃O₄的光熱轉化和PNIPAM的熱響應性，SJE表現出從非對稱潤濕性(日光下)到親水性(夜間)的可逆太陽誘導潤濕性轉變。

?創新點2：在陽光照射下，頂部表面與蒸發界面(即空氣-水界面)分離，避免鹽在蒸發器上堆積，有利于太陽能蒸汽的高效產生。夜間，空氣-水界面向上表面移動，顯示出自除垢能力。

?創新點3：SJE在一個太陽光照下表現出1.76 kg?m^-2?h^-1的高效水分蒸發速率，并在處理20 wt% NaCl溶液時表現出長期穩定性(超過5天)。

https://doi.org/10.1039/D2TA05555D

2、青島大學龍云澤&范婷婷J. Hazard. Mater. ( IF 14.224 )：分層結構超疏水納米纖維海綿，用于高效油水分離（2022.8.17）

?挑戰：石油泄漏對環境造成了嚴重的威脅，是一個亟待解決的巨大挑戰，尤其在惡劣的環境條件下。

?方法：青島大學龍云澤&范婷婷提出在吹紡聚丙烯腈/氧化鋁納米纖維海綿上采用水熱法和硬脂酸改性法制備超疏水氫氧化鎳，成功制備了氫氧化鎳改性聚丙烯腈海綿，實現了高效油水分離。

?創新點1：多孔NPAS具有獨特的分層結構，具有優異的分離效率和機械彈性。由于NPAS的超疏水和高孔隙率，其吸附能力可高達45 g g^?1。

?創新點2：不僅能分離穩定通量為12413 L m^?2 h^?1(二氯甲烷-水)的一系列油水混合物，而且能在重力作用下分離穩定通量為2032 L m^?2 h^?1(二氯甲烷包水)的乳液，分離效率均在99.92%以上，高于大多數報道的海綿。

?創新點3：具有很強的耐酸堿性能，適用于惡劣環境條件下的危險材料處理應用。

https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2022.129790

3、東華大學覃小紅&王黎明Nano Research ( IF 10.269 )：Janus靜電紡絲納米纖維膜，用于可持續的海水淡化 （2022.8.5）

?挑戰：Janus靜電紡絲納米纖維膜在太陽能驅動界面淡化、液體過濾、防水透氣織物等領域引起了廣泛關注。然而，Janus 結構的界面結合力較弱，易受損壞，因此，其耐用性和可持續性在實際應用中面臨挑戰。

?方法：東華大學覃小紅教授&王黎明教授基于動態Diels-Alder (DA)鍵設計，通過電紡聚丙烯乙二醇聚氨酯(PPG@PU)和聚二甲基硅氧烷基聚氨酯- CNT(PDMS@PU-CNTs)制備了簡單可重構且完全自修復的Janus蒸發器。

?創新點1：通過共價鍵縫合Janus膜的界面，直接提高界面附著力至22 N·m^?1，構建集成蒸發器，從而實現在一個太陽下穩定的海水淡化率為1.34 kg·m^?2·h^?1。

?創新點2：DA網絡的可逆解離使蒸發器具有自修復和重構能力，之后光熱性能保持不變。這是首次將交聯自修復聚合物直接靜電紡絲，實現了界面結合的改善和整個蒸發器的重構，為界面太陽能海水淡化提供了有前景的新設計和材料。

https://doi.org/10.1007/s12274-022-4733-4

4、中科院寧波材料所劉富&王建強 J. Membr. Sci. ( IF 10.530)：從水包油乳化液中連續分離和回收高粘度油（2022.8.1）

?挑戰：膜分離技術是一種很有前途的含油廢水處理技術。然而，膜污染嚴重限制了它的實際應用，特別是在高粘度和高濃度的油中。

?方法：中科院寧波材料所劉富&王建強采用多孔疏水聚偏氟乙烯(PVDF)納米纖維膜將油包水乳狀液和萃取液(己烷)分離，并在膜的兩側流動。

?創新點1：PVDF膜的強親和性和己烷對油(如潤滑油)的高溶解度使得油從乳液側持續向己烷側轉移。當油包水乳化液用量為1%時，潤滑油流量約為336 g/m²，當油包水乳化液用量為10%時，潤滑油流量增加到935 g/m²。

?創新點2：潤滑油可以在低溫（17 ^oC）和相對高溫（67^oC）下通過己烷蒸發很容易地回收。回收油的含水量 (0.10 ± 0.02%) 與原始樣品 (0.11 ± 0.02%) 幾乎相同。本研究提出的策略為處理高粘度和高濃度的水包油乳液提供了有效途徑。

https://doi.org/10.1016/j.memsci.2022.120876

5、新疆大學蘇玉紅&中國科學院馬鵬程 J. Hazard. Mater.( IF 14.224)：雙響應聚丙烯腈基靜電紡絲膜，用于可控油水分離 （2022.7.9）

?挑戰：具有超疏水或超親水性能的“除油”和“除水”材料可以選擇性地將一種液體從油水混合物中分離出來，但阻止極性相反的液體的滲透。但功能單一的材料在實際操作中缺乏靈活性和可控性，限制了其在油水分離按需自動化中的應用。

?方法：新疆大學蘇玉紅教授&中國科學院馬鵬程研究員以N-異丙基丙烯酰胺和2-(二甲氨基)甲基丙烯酸乙酯為原料合成反應共聚物，并與聚丙烯腈進行靜電紡絲制備智能復合膜。

?創新點1：響應共聚物的引入使膜具有對pH值和溫度的刺激響應潤濕性。具體來說，在初始狀態下，當油通過膜時，水被選擇性地阻擋。經酸性水或CO₂處理后，由于共聚物中叔胺基團的質子化而實現了反分離。

?創新點2：由于膜的結構隨溫度的變化，水在熱處理后選擇性地通過膜。該膜能高效分離不同類型的油水混合物和表面活性劑穩定型乳劑。

https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2022.129565

6、江蘇大學吳述平Carbohydrate Polymers ( IF 10.723 )：靜電紡絲結合靜電噴霧制備雙層納米纖維膜（2022.6.21）

?挑戰：重金屬和有機染料污染因其高毒性和致癌性對人類和環境造成嚴重威脅。因此，迫切需要開發一種高效可行的去除重金屬和染料污染物的水質凈化技術。

?方法：江蘇大學吳述平首先采用靜電紡絲法制備了CS/PVP/PVA納米纖維膜作為基底。然后，通過電噴霧將CNTs摻雜到CS/PVP基質中，構建具有選擇性的納米通道。

?創新點1：構建具有選擇性的納米通道。所得CS基納米纖維膜的純水滲透通量為1533.26 L·m^-2·h^-1，對重金屬離子/染料的截留率較好。

?創新點2：納米纖維膜的合成過程中沒有使用對環境有害的揮發性有機溶劑，符合可持續發展和綠色化學的理念。

https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2022.119756