日益嚴(yán)重的油水污染問題加劇了全球性的水資源短缺，如何簡(jiǎn)單、快速地將含油廢水高效分離已經(jīng)受到了社會(huì)的極大關(guān)注。然而大多數(shù)材料在油水分離過程中極易受到膜污染問題導(dǎo)致其分離效率和通量衰減，從而極大限制了它們的廣泛應(yīng)用。為解決上述問題，西北師范大學(xué)李健教授團(tuán)隊(duì)以ZIF-8為犧牲模板，采用靜電紡絲技術(shù)制備出的纖維膜后經(jīng)一系列的酸刻蝕/堿水解，從而構(gòu)建出形貌類似苦瓜狀的褶皺納米纖維膜 (momordica-charantia-like nanofibrous membrane, MCNM)，其孔隙率高達(dá)94%，對(duì)表面穩(wěn)定的水包原油乳液分離通量可達(dá)1100 L m-2?h-1，并且顯示出優(yōu)異的自清潔性能。相關(guān)研究以“Sacrifice Template Strategy to the Fabrication of a Self-Cleaning Nanofibrous Membrane for Efficient Crude Oil-in-Water Emulsion Separation with High Flux”為題發(fā)表在最新的《ACS Applied Materials & Interfaces》上。第一作者為西北師范大學(xué)碩士生巫明明，通訊作者為博士生導(dǎo)師李健教授。
【MCNM的制備】
如圖1所示，作者首先在水環(huán)境中快速合成粒徑約80-100 nm的ZIF-8晶體，隨后分散在DMF-PAN溶液中，電紡出的纖維膜經(jīng)酸刻蝕、堿水解，已經(jīng)對(duì)各個(gè)物理參數(shù)的對(duì)比調(diào)控，制備出形貌類似苦瓜狀的納米纖維膜 (MCNM)。同時(shí)，所制備的MCNM能夠在重力條件下實(shí)現(xiàn)對(duì)水包原油及其他乳液的成功分離。
圖1?MCNM的制備
【圖文速覽】
圖2 (a, d) PAN膜，(b, e) PAN@ZIF-8膜和 (c, f) MCNM在不同工藝條件下的FE-SEM表征；(g) PAN@ZIF-8膜和 (h) MCNM的三維形貌圖像
圖3 (a) 模擬ZIF-8和制備的ZIF-8晶體的XRD譜圖；(b) ZIF-8、PAN膜、PAN水解 (H-PAN) 膜、 PAN@ZIF-8膜和MCNM的FT-IR；(c) MCNM的EDS圖像；(d) PAN@ZIF-8膜和處理后MCNM的XPS中Zn 2p3的光譜對(duì)比；(e) MNCM的N2吸-脫附曲線；(f) BJH法測(cè)定MCNM的孔徑分布。
【總結(jié)】
作者利用靜電紡絲技術(shù)以酸性環(huán)境中極其不穩(wěn)定的ZIF-8納米晶體為模板，制備出了MCNM，該纖維膜雖然在制備過程中經(jīng)受酸刻蝕、堿水解過程，但在后續(xù)極端條件經(jīng)過測(cè)試，仍然具有優(yōu)異的化學(xué)和機(jī)械穩(wěn)定性，對(duì)于水包原油在內(nèi)的諸多乳液展示出良好的分離性能。該研究在今后的水處理及水體凈化油水乳液分離應(yīng)用方面提供了新的技術(shù)支持。
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