石油及有机染料等工业废水对水环境及人体健康造成了极大的危害，日益引起研究人员的重视。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；相比之下，光芬顿在效率和易操作方面具有显著优势。因此，进一步开发具有分离/光芬顿催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《Separation and Purification Technology》上，发表了最新研究成果“Three birds with one stone: Preparation of multifunctional Fe-MOF/PAN nanofiber membranes for wastewater treatment”。研究者提出了“一石三鸟”的巧妙设计策略，通过简单的电纺丝方法将NM88B作为光Fenton催化剂与PAN结合，制备出NM88B/PAN纳米纤维膜（NPNFM）。NM88B与PAN之间良好的界面相容性提高了所制备膜的机械性能。此外，NM88B在PAN纤维表面形成的微结构赋予了纳米纤维膜优异的超亲水性和光芬顿功能，使NPNFM在重力驱动下可实现含油/有机染料废水的高效分离。
图1：NPNFM的形貌分析。
通过SEM及TEM观察，NPNFM具有良好的三维多孔结构，NM88B纳米颗粒分布在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：NPNFM的机械性能。
NPNFM-7具有良好的机械性能，其拉伸强度约为原膜的2.3倍，这归功于NM88B与膜基质之间良好的界面相容性。
图3：NPNFM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NPNFM的WCA为0°，UOCA达到160.2°，证明CPNFM具有超亲水/水下超疏油性，使其在油水分离方面展现出良好的应用潜力。
图4：NPNFM的水净化性能。
研究表明，NPNFM可实现对各种测试乳液的有效分离（＞99%），且分离通量都在320 L m-2 h-1以上。乳液和滤液的光学显微照片和粒度分布表明，纳米纤维膜成功地截留了水中的油滴。
图5：NPNFM在不同条件下的油水乳液分离性能。
NPNFM在酸性和盐溶液中仍能保持较高的通量（>350 L m-2 h-1）和分离效率（>99.2%）。结果表明，NPNFM在酸性和盐溶液条件下仍能分离油水乳液。
图6：NPNFM催化活化H2O2降解亚甲基蓝性能。
NPNFM-H2O2体系在40 min内对亚甲基蓝的降解率达到97.4%，表明NPNFM具有良好的催化性能。总之，本工作制备的NPNFM表现出优异的机械性能、自清洁性能和分离性能，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.seppur.2024.127987
人物简介：
谢阿田，安徽理工大学“青托”人才，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30余篇，先后入选ESI高被引论文6篇；文章被SCI引用3200余次，单篇最高被引230余次，H-Index 36；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）。
