DOI:10.1016/j.memsci.2020.118950

如何有效地净化含金属离子的乳化含油废水已成为一项艰巨的挑战。在此，研究者通过静电纺丝和二次交联工艺制备了一种具有负表面电荷、良好力学性能和防污性能的新型带电水凝胶纳米纤维膜（CHNM）。当pH=7.2时，表面电位为-32.9mV的CHNM显示出优异的水包油乳状液分离性能，对于无表面活性剂乳液的高渗透通量约为10800 L h-1 m-2 bar-1，表面活性剂稳定乳液的高渗透通量约为7100 L h-1 m-2 bar-1。其极好的油/水乳液分离性能可归因于表面电荷破乳作用（SCD），这在理论上通过有限元分析仿真得到了证实。此外，由于高密度磷酸盐基团与金属离子之间的螯合作用，CHNM可以吸收多种金属离子（Fe3+，Ni2+和Al3+）。多功能CHNM具有出色的油/水乳液分离性能和对金属离子的良好吸附能力，为开发用于处理含金属离子油性废水的新一代膜提供了一条有前景的途径。

图1.a）示意图显示了CHNM的形成过程。b-d）分别为PVA膜（b），PVA-Glu膜（c），PVA-Glu-PA膜（d）的SEM图像。e-f）PVA-Glu膜（e）和PVA-Glu-PA膜（f）的水接触角和水下油接触角。

图2.a）膜的衰减全反射红外光谱（ATR-IR）。b）PVA粉末和膜的X射线衍射（XRD）图。c）膜的导数热重分析（DTG）曲线。d）原始干PVA膜，干PVA-Glu，湿PVA-Glu，干PVA-Glu-PA和湿PVA-Glu-PA的拉伸应力-应变曲线。

图3.a）数码照片显示了乳液分离中使用的分离设备。不含表面活性剂的乳液（b）和由SDS稳定的乳液（c）通过PVA-Glu-PA纳米纤维膜前后的照片，比例尺为50μm。d）描述PVA-Glu-PA膜的抗油（润滑油）粘附表面的照片。

图4.a）通过PVA-Glu和PVA-Glu-PA过滤的无表面活性剂和SDS稳定的水包油乳液的渗透通量和相应的分离效率，误差线表示标准偏差。b）通过PVA-Glu-PA过滤的不同无表面活性剂和SDS稳定乳液的渗透通量和相应的分离效率，误差线表示标准偏差。c-d）通过PVA-Glu和PVA-Glu-PA分离前后无表面活性剂的乳液（c）和经SDS稳定的乳液（d）的粒度分布，插图为100nm至600nm之间的粒度分布。PVA-Glu-PA膜用于无表面活性剂水包油乳液和SDS稳定水包油乳液的循环分离通量（e）和分离效率（f）。

图5.a）测量PVA-Glu-PA和PVA-Glu膜的表面Zeta电位（ζ）。b）在有无PA的情况下，润滑油/水和SDS/润滑油/水的|ζ|值。c）SDS稳定油滴的SCD工艺示意图。

图6.CHNMs和SDS稳定油滴产生的静电场的有限元分析结果。a-d）不同参数的电位分布。L代表两个油滴中心之间的距离；H表示从油滴中心到CHNM表面的距离。e）标准电场（标准E）随H的变化而变化，点A是距CNNM表面最近的点，点B是距相邻带电油滴最近的点。f）a）中电场线和等势线的分布。

图7.a）PVA-Glu-PA对溶液中离子的饱和吸附容量。b）在含离子的乳液分离过程中PVA-Glu和PVA-Glu-PA的金属离子吸附能力；b）PVA-Glu-PA对原油污染海水的金属离子净化性能。