DOI: 10.1016/j.jwpe.2022.102926

本研究采用静电纺丝/电喷雾方法开发了一种特殊的夹层结构PAN/GO/SiO2微滤膜，用于高效油水分离。形态学和结构研究结果证实，将SiO2纳米粒子（NPs）喷涂到PAN/GO纳米纤维（NFs）的外表面会增加表面粗糙度并降低水接触角值，这是提高亲水性的原因。此外，向中间层添加SiO2 NPs可将孔隙率和膜通量分别提高到78%和423.7±7.1（L/m2.h）。油/水截留值表明PAN//GO-SiO2（1:1）//PAN-SiO2膜具有良好的性能。研究发现，亲水性SiO2 NPs的存在带来了最佳的油/水分离性能，在重力驱动下，对游离表面活性剂甲苯乳液的截留率超过98%，对其他类型油（泵油和葵花籽油）的截留率超过97%。

图1.PAN//SiO2-GO//PAN-SiO2的分步制备流程示意图（A）。终端式油/水过滤系统示意图（B）。

图2.GO和GO-SiO2的XRD图谱（A），GO、GO-SiO2和PAN//SiO2-GO//PAN的拉曼光谱（B），GO-SiO2的FTIR光谱（C），以及通过膜层的溶液路径方案（D）。

图3.PAN基层放大5和100,000倍的FESEM图像（A和B），PAN纤维直径的频率（C），PAN//GO//PAN放大2和7,000倍的横截面FESEM图像（D和E），PAN//GO//PAN放大100,000倍的表面FESEM图像（F），PAN//SiO2-GO//PAN-SiO2放大8和15,000倍的横截面FESEM图像（G和H），PAN//SiO2-GO//PAN-SiO2放大100,000倍的表面FESEM图像（I）。

图4.SiO2-GO纳米杂化物的TEM照片。

图5.PAN//SiO2-GO//PAN-SiO2的FESEM图像（A），Si、O和N（B、C和D）以及上述三种元素整体的分布图（E），PAN//SiO2-GO//PAN-SiO2的EDX分析（F）。

图6.PAN//SiO2-GO//PAN（A）和PAN//SiO2-GO//PAN-SiO2（B）的AFM图像。

图7.所制备的膜在空气中于5秒内的WCA（A）。PAN//GO-SiO2//PAN和PAN//GO-SiO2//PAN-SiO2的UOCA（B）。用于测量水下油滴接触角的装置示意图（C）。

图8.GO和GO-SiO2的N2吸附/解吸等温线（A）。M1：PAN//GO//PAN、M2：PAN//GO-SiO2//PAN和M3：PAN//GO-SiO2//PAN-SiO2的孔隙率和平均孔径，由泡点数据计算（B）。泡点测试示意图（C）。

图9.不同GO-SiO2比例的膜的水通量（A），不同膜的各种油（向日葵、甲苯、泵油）截留率（P<0.05表示显著性）（B），分离有无表面活性剂（SDS和Tween80）的甲苯/水乳液时PAN//GO-SiO2//PAN-SiO2的效率（C），以及水油分离过程中的膜功能方案（D）。

图10.M1：PAN//GO//PAN、M2：PAN//GO-SiO2//PAN和M3：PAN//GO-SiO2//PAN-SiO2的不同油水通量（A）及通量恢复率（FRR%）（B）比较，PAN//GO-SiO2//PAN-SiO2在12个循环中分离无表面活性剂乳化甲苯的水通量（C），以及PAN//GO-SiO2//PAN-SiO2分离不含表面活性剂的甲苯乳液的通量与时间的关系（D）。

图11.使用PAN//GO-SiO2//PAN-SiO2分离前后，甲苯/水乳液的光学显微图像（A）以及油滴粒径分布的DLS曲线（B）。