工业废水中的重金属污染，尤其是具有强毒性与致癌性的六价铬（Cr(VI)），对生态环境与人体健康构成严重威胁。目前常用的处理技术如吸附、电化学还原及光催化等虽各有优势，但仍面临诸多挑战：
金属基光催化剂存在成本高、金属溶出带来二次污染的风险；
而粉末状催化剂虽活性高，却难以回收、易团聚，限制了其实际应用。
近年来，红磷（RP） 作为一种低成本、无金属、可见光响应的新兴光催化材料受到广泛关注，但其普遍存在的结晶性差、载流子迁移率低等问题制约了其催化效能。与此同时，静电纺丝纳米纤维膜作为催化剂的理想载体，凭借其高比表面积与多孔结构，在提升催化剂固定化与回收性能方面展现出独特优势。然而，传统的共混或原位生长复合方法往往导致活性位点被包埋、负载量有限。因此，开发一种能够实现高催化剂负载、充分暴露活性位点、兼具高效吸附-光催化协同除铬性能的复合膜材料，成为当前该领域的研究重点与技术突破口。
近日，山东理工大学赵付来、潘健等人在期刊《Separation and Purification Technology》上，发表了最新研究成果“Construction of PA56/RPNS composite fibrous membranes via electrospinning-spray co-deposition for synergistic Cr(VI) removal through adsorption and photocatalysis”。研究者首先通过化学气相传输（CVT）与球磨剥离制备了晶体红磷纳米片RPNS，随后通过简单的静电纺丝-静电喷雾协同沉积技术，成功构建了一种具有分级结构的生物基聚酰胺56/红磷纳米片（PA56/RPNS）复合纤维膜，通过调控电喷速率，实现RPNS在纤维中的均匀分布与可控负载。该复合纤维膜通过吸附-光催化的协同作用，可实现对水中Cr(VI)的高效协同、快速去除。
图文解读
图1 PA56/RPNS复合纤维膜的构建流程
采用生物基PA56与无金属红磷纳米片（RPNS），兼具生物相容性与光催化活性。图1直观展示了本研究核心的一步法同步电纺-电喷制备工艺：PA56纤维与RPNS纳米片在高压静电场中共同沉积，自组装形成三维互联网络。
图2的SEM图像进一步揭示，RPNS成功嵌入纤维骨架且分布均匀，构建出具有分级多孔结构的理想反应平台，为污染物高效捕获与光催化转化提供了充分条件。EDS元素映射显示磷元素在纤维网络中均匀分布；TEM图像直观呈现纳米片在纤维表面的稳定附着；FT-IR光谱中特征峰（P–O键）的规律性增强，共同构成复合材料成功构建的“铁证”。
图2 PA56/RPNS复合纤维膜的EDS元素图（a）和TEM形态图（b）；（c）不同RPNS负载量的PA56/RPNS复合纤维膜的FT-IR光谱
研究人员深入解析了复合膜光催化降解性能的根源：如图3所示，RPNS的加入让材料变得“火眼金睛”，能充分吸收利用可见光；同时，其独特的结构形成了“光生电荷高速路”，使得光激发产生的电子能被快速分离和传输，从而大幅提升催化反应效率。其中，RPNS负载量为18%的PAP4膜性能最为出众。
图3 PA和PAP4复合纤维膜的紫外-可见吸收光谱（a）和相应的Tauc图（b）；PA56/RPNS复合膜的光电流响应曲线（c）和EIS-Nquist图（d）
图3中吸附动力学与pH效应显示，酸性环境（pH=2）下膜表面质子化程度高，对Cr(VI)的静电吸附能力最强；抗干扰实验表明，实际水体中阳离子（如Na⁺、K⁺）干扰很小，多种共存离子存在下仍保持高效去除能力，阴离子（特别是HCO₃⁻）会与Cr(VI)竞争吸附位点，这一发现为复合膜在实际复杂水质中的应用提供了关键设计依据。
图4 PA56/RPNS复合纤维膜对Cr(VI)的吸附容量随时间的变化规律（a），以及溶液酸度（pH）对其吸附效率的影响（b）。Cr（VI）初始浓度和溶液温度对PAP4膜吸附性能的影响（c）；不同共存离子对PAP4膜吸附Cr（VI）容量的影响（d）
复合膜的综合性能表征（图5）表明，PAP4复合膜在吸附-光催化协同作用下，可在120分钟内实现近100%的Cr(VI)净化，性能远超单一吸附过程及纯RPNS粉末。十次循环测试显示其稳定性卓越，具备实际应用潜力；与文献数据的对比凸显其性能优势；机理示意图最终阐明其“吸附-光催化”协同工作机制——PA56纤维富集Cr(VI)，RPNS在光激发下产生活性物种（e⁻与·O₂⁻），共同实现Cr(VI)至Cr(III)的高效、无害化转化。
图5 PA56/RPNS复合纤维膜协同去除Cr(VI)性能（a）与循环稳定性（b）；（c）与先前报道的光催化材料的性能比较。（d-e）用于检测·O2-和·OH加合物的ESR光谱图；（e）提出的光催化反应机理示意图
该PA56/RPNS复合纤维膜成本低、制备简单、环境友好，在重金属废水处理中展现出广阔的应用潜力，为实现Cr(VI)的高效、可持续去除提供了新策略。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.seppur.2025.136036
通讯作者
潘建，山东理工大学讲师、硕士生导师，中共党员。主持山东省自然科学基金、分离膜与膜过程国家重点实验室开放基金、招远工业技术研究院创新基金等各级科研项目6项。主要研究方向：聚合物基分离膜材料、纳米复合材料。在《J. Mater. Chem. A》、《J. Membrane Sci.》等高水平学术期刊上发表论文30余篇，授权国家发明专利4项。相关成果荣获2023年中国山东博士后创新创业大赛优秀项目奖，“中国化学纤维工业协会·恒逸基金”优秀学术论文二等奖，山东理工大学教学成果奖。获得2022年度淄博市优秀科技副总，山东理工大学优秀教师、教学优秀奖称号。
赵付来，山东理工大学教授、博士生导师。中国科协青年人才托举工程入选者，“泰山学者”青年专家，中国复合材料学会纳米复合材料分会、导热复合材料分会委员。主要从事二维材料及纳米复合材料制备及其在在电化学储能、光热相变储能、光催化等领域的应用研究。发表SCI论文40多篇，被引用1900余次。授权发明专利18项。主持科技委项目、国家自然科学基金、中国科协青年人才托举工程项目、山东省自然科学基金、中国博士后科学基金特别资助和面上项目等12项，作为骨干参与国家重点研发计划、教育部联合创新团队、国家自然科学基金重点/面上项目9项。获得山东省材料学会教学成果奖一等奖、2025新域新质创新大赛优胜奖和中国化学会京博科技奖优秀博士论文奖，获评天津大学本科生毕业论文优秀指导教师。担任Electron, Renewables, Materials Reports: Energy, Carbon Neutralization, EcoEnergy, Green Carbon, View, Clean Energy Science and Technology, Materials Lab, Energy Lab等期刊青年编委。担任Adv. Funct. Mater.、Acc. Mater. Res.、Nano-Micro Lett.、SusMat、Small、J. Energy Chem.等30多个期刊审稿人。
