DOI: 10.1002/admi.202201550

本研究通过连续静电纺丝成功制备了一种新型多功能性Janus聚偏氟乙烯/脱乙酰基醋酸纤维素（PVDF/D-CA）纳米纤维膜。系统地分析了其形态、化学成分、表面润湿性、油水分离性能和单向液体传输能力。该膜底部和顶部在空气和液体系统中具有不对称润湿性。仅在重力驱动力（DF）下，通过简单切换两侧即可作为恶劣环境下油水混合物和乳液的除水或除油材料。它具有按需集水和集油的能力，并因其可切换渗透和单向液体传输能力而具有吸湿性能。通过控制静电纺丝时间来调节上下侧的厚度，从而控制其多功能应用。总体而言，优异的机械性能、化学稳定性、在恶劣环境下的耐久性和卓越的抗污染能力使膜具有强大的循环稳定性和可重复使用性。

图1.a）Janus聚偏氟乙烯（PVDF）/醋酸纤维素（CA）纳米纤维膜的制备过程示意图。b）脱乙酰化处理以获得Janus聚偏氟乙烯/脱乙酰化醋酸纤维素（PVDF/D-CA）纳米纤维膜。

图2.a,b）脱乙酰化之前（上）和之后（下）Janus PVDF/CA和PVDF/D-CA纳米纤维膜的扫描电子显微镜（SEM）图像（左）和直径分布（右）（CA和PVDF层的电纺丝时间分别为3小时和1小时）。c）Janus PVDF/D-CA膜的横截面（PVDF和D-CA纳米纤维层分别记录为顶面和底面）。d）碱处理前后纯CA和PVDF纳米纤维膜的FTIR光谱。e-h）D-CA和PVDF/D-CA纳米纤维膜的XPS光谱。e）D-CA纳米纤维膜的全光谱和f）O1s光谱，g）Janus PVDF/D-CA纳米纤维膜的O1s光谱，h）Janus PVDF/D-CA纳米纤维膜的F1s光谱。

图3.a,b）底部和顶部的静电纺丝时间与膜厚度的关系。c,d）Janus PVDF/D-CA膜的分离通量，底部和顶部的静电纺丝时间不同。e,f）Janus PVDF/D-CA纳米纤维膜的分离效率，底部和顶部的静电纺丝时间不同。g）Janus PVDF/D-CA膜的工作原理图。

图4.a-d）Janus PVDF/D-CA（J-P1C3）纳米纤维膜的润湿性能。a,c）底面（D-CA）在空气中的油接触角（OCA）和水接触角（WCA），油下WCA和水下OCA。b,d）顶面（PVDF）在空气中的OCA和WCA，油下WCA和水下OCA。e-g）Janus J-P1C3纳米纤维膜的分离性能。e）分别用于去除水和各种油的分离通量。f）分别用于去除水和各种油的分离效率。g）自制分离装置和通过切换纳米纤维膜的不同侧面来去除水和油的示意图。

图5.水包油（O/W）和油包水（W/O）乳液的分离性能。a）J-P1C3膜的乳液分离示意图，以及b）过滤前后水包氯仿和氯仿包水溶液的宏观照片。c,e）底面和顶面对O/W和W/O乳液的分离通量和d,f）分离效率。g,i）水洗前后顶面和底面对水包CCl3和CCl3包水乳液的循环分离通量以及h,j）分离效率。k）J-P1C3膜的自清洁能力。

图6.a）PVDF1h、CA3h、PVDF1h/CA3h、D-CA3h和J-P1C3纳米纤维膜的应力-应变曲线。b）不同磨损周期后J-P1C3纳米纤维膜的水接触角（WCA）（插图为磨损处理的照片）。

图7.a）在油水体系下，Janus PVDF/D-CA两个表面的防污性能（油浴中顶面朝上，水浴中底面朝上）。b-e）Janus PVDF/D-CA纳米纤维膜在各种腐蚀性溶液中的化学稳定性。b）分离腐蚀性溶液前后的分离通量和c）分离效率。腐蚀性溶液分离前后d）底面和e）顶面的扫描电子显微镜（SEM）图像以及直径分布。

图8.a）随着接触时间的增加，J-P10minC3和J-P1C3纳米纤维膜顶面的润湿性能比较。b,c）J-P10minC3纳米纤维膜的单向水传输性能。b）油水界面处的顶面（PVDF）。c）油水界面处的底面（D-CA）。d,e）PVDF/D-CA纳米纤维膜的按需集水和集油性能。d）在油下收集水的快照图像，e）在水下收集油的快照图像（疏水性顶面（PVDF）朝外）。

图9.a）Janus PVDF/D-CA纳米纤维膜的水蒸发性能。b）Janus PVDF/D-CA纳米纤维膜的水蒸气透过性能。c）Janus PVDF/D-CA膜的吸湿性能示意图。