静电纺丝技术是一种高效率，高产量制备纳米纤维薄膜的方法，在生物、环境、储能等领域展现出了很高的应用前景。近日，香港城市大学的Alicia Kyoungjin An 教授带领的课题组制备了一种能够高效率处理印染废水的纳米纤维薄膜，相关研究发表在《膜科学》（Journal of Membrane Science）上。

　　膜蒸馏技术在污水净化领域被广泛的探究。相比于其他的膜处理方法，膜蒸馏技术只需要较低的运行压力和温度，即可以实现对无机离子，大分子和不挥发化合物的分离。然而，由于薄膜的浸润问题和污染问题限制了膜蒸馏技术的发展。因此，开发一种能够避免浸润和污染的膜材料对于膜蒸馏技术在污水处理领域中的应用有着重要意义。静电纺丝技术是一种简单，高效制备纳米纤维薄膜的方法，并且可以通过选择高分子前驱体和掺杂的纳米粒子种类，来设计薄膜的界面结构。因此，通过静电纺丝制备化学结构稳定，并且能够保持不浸润，抗污染的纳米纤维薄膜越来越受到人们的关注。

　　印染污水产量巨大，成分复杂，并且在其中含有大量的化学物质，如何高效率实现印染污水中化学成分和水成分的分离是一个关键问题。香港科技大学的Alicia Kyoungjin An 教授采用静电纺丝的方法，采用poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropene) (PVDF-HFP)为纺丝前驱体，制备了掺杂聚二甲硅氧烷微球的一种纳米纤维薄膜。其中PVDF-HFP具有很好的疏水性，而聚二甲硅氧烷微球具有发达的孔结构和较低的表面能，因此，最终的纳米纤维薄膜表现出非常好的表面疏水性和抗污染性。

　　Fig. 1. Schematic illustration of hybrid PDMS/PH membrane (E-PDMS) fabrication.

　　Fig. 3. SEM images of the of E-PDMS membrane laboratory-fabricated (top right of b: cross-sectional SEM image

　　Fig. 5. (a) Pure water and dye droplets on the surfaces of the three different membranes (C-PVDF, E-PH and E-PDMS) and (b) C-PVDF and (c) E-PDMS membranes’ roughness analyzed using AFM.

　　在电镜图（图3）可以看出来，E-PDMS薄膜的厚度大约有8微米左右，薄膜表面上有大量单分散的PDMS微球，并且微球表面非常的粗糙，这种结构具有很高的体积比表面积，因而构成了一种三维的疏水结构。研究者发现相比于商业化的PVDF薄膜，纳米纤维薄膜具有发达的孔结构以及高的表面粗糙度，因此纳米纤维薄膜展现出了更高的疏水性和更低的液体浸润性。如图5a所示，商业化PVDF薄膜的接触角只有118.3°，而E-PDMS薄膜的接触角能够达到155.4°，展现出超疏水的性能。

　　Fig. 8. Water flux as a function of MD operation time for the treatment of four different dyes using three different membranes (C-PVDF, E-PH, and E-PDMS) (feed temperature=60 °C,flow rate=0.5 L min−1, and C0=100 mg L−1).

　　Fig. 10. Water flux as a function of MD operation time for (a) fouling factor (FF) vs. dye concentration (C) and (b) C/FF vs. C for crystal violet (CV) treatment at different initial concentrations (C0=20–200 mg L−1) (feed temperature=60 °C, and flow rate=0.5 L min−1).

　　Fig. 12. Water flux as a function of MD operation time for C-PVDF, E-PF and E-PDMS membranes for CV treatment (C0=100 mg L−1). WF was conducted for 10 min every 3 h at 0.5 L min−1 of flow rate.

　　经过测试，这种纳米纤维薄膜对于染料也有良好的分离性，染料中的阴离子会在纳米纤维薄膜的表面形成一种“dye-dye”的结构，这种结构会使纳米纤维薄膜和染料之间有一种很强的排斥作用，因此在薄膜表面会形成一层疏水层。在膜蒸馏过程中（图12），相比于商业化的PVDF薄膜，纳米纤维薄膜展现了更好的水处理效果。并且可以在图13中看出来，由于这种疏水层的存在，使得沉积在纳米纤维薄膜表面上的颜料层可以轻松通过水冲洗去除掉。因此，纳米纤维薄膜会使膜蒸馏技术在废水处理的过程中展现出更大的应用前景。

　　Fig. 13. The surface picture of (a) C-PVDF and (b) E-PDMS membranes after 24 h MD operation with WF for CV treatment.

　　本研究由香港城市大学的Alicia Kyoungjin An 教授完成，于2016年10月发表在Journal of Membrane Science上。

　　论文信息：An, Alicia Kyoungjin, et al. "PDMS/PVDF hybrid electrospun membrane with superhydrophobic property and drop impact dynamics for dyeing wastewater treatment using membrane distillation." Journal of Membrane Science 525(2016).