含油废水和有机染料废水严重威胁水生环境和人类健康，受到研究人员越来越多的关注。然而目前报道的多功能膜，如分离/吸附膜易吸附平衡，并且吸附的物质将对膜的表面润湿性产生不利影响；分离/催化膜通常需要引入光能，导致额外的能量损失和操作困难。相比之下，PMS催化活化在节能和易操作方面具有显著优势。因此，进一步开发具有分离/PMS催化活化能力的高性能多功能膜对缓解水污染问题具有重要意义。
近日，安徽理工大学谢阿田副教授团队在期刊《Journal of Membrane Science》上，发表了最新研究成果“Low-pressure driving Co3O4/PAN nanofiber membrane with peroxymonosulfate activation self-cleaning for efficient wastewater purification”。研究者通过简单的电纺丝技术，制备了一种新型过一硫酸盐活化自清洁Co3O4/PAN纳米纤维膜（CPNFM）用于低压驱动高效水净化。在PAN基体中引入Co3O4纳米颗粒不仅提高纤维膜的亲水性，还赋予纤维膜PMS活化自清洁性能，使CPNFM在重力驱动下可实现含油/有机染料废水的高效分离。
图1：CPNFM的形貌分析。
通过SEM及TEM观察，CPNFM具有良好的三维多孔结构，Co3O4纳米立方体分布在PAN纤维的表面和内部。纤维表面形成的突起有利于提高复合膜的润湿性，增强膜的分离和催化性能。
图2：CPNFM的表面浸润性。
水接触角（WCA）及水下油接触角（UOCA）测试表明优化的CPNFM的WCA为0°，UOCA达到150.2°，证明CPNFM具有超亲水/水下超疏水性，使其在油水分离方面展现出良好的应用潜力。
图3：CPNFM的水净化性能。
CPNFM对不同测试乳液的分离效率均超过99%，分离通量均大于300 L m-2 h-1，实验结果证明CPNFM能在重力条件下成功分离表面活性剂稳定的油水乳液。CPNFM对模拟油水乳液和亚甲基蓝混合废水表现出良好的分离效率（>98%）和通量（>300 L m-2 h-1）。由于CPNFM活化PMS的自清洁效应，加入PMS的废水的分离通量高于不含PMS的通量。
图4：CPNFM-在不同条件下的油水乳液分离性能。
CPNFM在酸、碱和盐环境中也表现出稳定的水下超疏水性。此外，CPNFM对不同pH值和盐含量的石油醚/水乳液仍能保持较高的分离效率（>99%）和通量（约300 L m-2 h-1）。
图5：CPNFM催化活化PMS降解亚甲基蓝性能。
CPNFM-PMS体系在60min内对亚甲基蓝的降解率达到95%，表明CPNFM具有良好的催化性能。总之，本工作制备的CPNFM表现出优异的自清洁性能、低能耗、耐用性和优异的分离效率，在长期和低压驱动废水净化方面具有巨大的应用潜力。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.memsci.2023.122380
人物简介：
谢阿田，安徽理工大学副教授，硕士生导师。主要从事仿生超浸润膜、高级氧化自清洁膜的设计及水环境污染物分离应用方面的研究。主持国家自然科学基金1项、省部级基金3项、企业委托项目1项；近年来，以第一/通讯作者在J. Membrane Sci., Sep. Purif. Technol., Appl. Catal. B: Environ., J. Mater. Chem. A等国际期刊发表学术论文20余篇，先后入选ESI高被引论文6篇；文章被SCI引用2950余次，单篇最高被引210余次，H因子35；授权国家、国际发明专利10余件。入选2022/2023年全球前2%顶尖科学家榜单（化学工程学科领域）。
