日益嚴重的油水污染問題加劇了全球性的水資源短缺，如何簡單、快速地將含油廢水高效分離已經(jīng)受到了社會的極大關注。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致其分離效率和通量衰減，從而極大限制了它們的廣泛應用。為解決上述問題，西北師范大學李健教授團隊以ZIF-8為犧牲模板，采用靜電紡絲技術制備出的纖維膜后經(jīng)一系列的酸刻蝕/堿水解，從而構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94%，對表面穩(wěn)定的水包原油乳液分離通量可達1100 L m-2?h-1，并且顯示出優(yōu)異的自清潔性能。相關研究以“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碩士生巫明明，通訊作者為博士生導師李健教授。
【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)對各個物理參數(shù)的對比調(diào)控，制備出形貌類似苦瓜狀的納米纖維膜 (MCNM)。同時，所制備的MCNM能夠在重力條件下實現(xiàn)對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的光譜對比；(e) MNCM的N2吸-脫附曲線；(f) BJH法測定MCNM的孔徑分布。
【總結】
作者利用靜電紡絲技術以酸性環(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)過測試，仍然具有優(yōu)異的化學和機械穩(wěn)定性，對于水包原油在內(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用方面提供了新的技術支持。
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