西南石油大学何毅：PAN纤维构建高化学稳定性和强抗污油水分离膜

工业含油废水的排放，频发的溢油事故和人类生产活动而引发的淡水危机，已成为当今世界可持续发展面临的最严峻的挑战。高效的分离技术不仅能减轻环境污染，而且是一种节能降耗的方法。其中，聚合物过滤膜以其高效、低成本、柔韧性好、操作简单等优点，被认为是一种极具发展前景的含油废水净化方法。然而，聚合物膜的天然缺陷(易污染、化学稳定性差等)成为其实际应用中的一大障碍。因此，发展先进的聚合物膜技术仍然是解决世界环境恶化问题的迫切需求。

近日，西南石油大学何毅教授（通讯作者）团队发表了最新成果“Hierarchically Stabilized PAN/β-FeOOH Nanofibrous Membrane for Efficient Water Purification with Excellent Antifouling Performance and Robust Solvent Resistance”。 科研人员采用简便、有效的方法，通过静电纺丝制备聚丙烯腈纳米纤维膜，然后利用热稳定化工艺和仿生矿化技术，制备出了一种具有高机械强度，耐化学试剂和能光催化降解的抗污染聚丙烯腈（PAN）/β-FeOOH 油水分离复合膜。通过研究发现，PAN纳米纤维在稳定过程中，发生了的环化，脱氢和氧化反应，使得其在不破坏其柔韧性的前提下，提高膜的机械强度（Yong’s 模量=274MPa）,增强其耐溶剂性。随后在纳米纤维表面修饰亲水性β-FeOOH纳米棒以构建微纳米结构赋予该膜超亲水（0°）/水下超疏油 （>155°）性质和良好的光催化能力。更重要的是，所制备的膜在面对含可溶性有机物（如染料等）的复杂废水时，不仅能够同时有效地去除在复杂含油废水中的不溶性油和可溶性染料。同时还能够利用光降解技术有效的消除有机物的附着带来的膜污染。在经过多次循环后，膜依旧保持着最初的分离流量和效率。

图1 SPAN/β-FeOOHx的制造和组成形态。

图2 SPAN/β-FeOOHx的机械性能分析

作者对所制备的膜研究了其机械强度，如图2所示，相对于原始的PAN膜，SPAN/β-FeOOHx表现出远高于PAN的机械强度；同时对膜在水中的机械强度进行了对比，相对于PAN在水中的溶胀，伸展，改性膜在水中有着固定的形状，当提起时，仍然具有自支撑性质，这个强大的机械性能为长时间的水处理过程提供了应用潜力。通过对膜进行润湿性分析，制备的SPAN/β-FeOOHx显示出优异的抗油污的性能。

图3 SPAN/β-FeOOHx润湿性和抗油污分析。

图4 SPAN/β-FeOOHx同时去除不溶性油和可溶性染料的分析。

图5 SPAN/β-FeOOHx膜的吸附和自清洁性能测试。

此外，在膜面对含染料的油水乳状液时，其高的比表面积提供了其对染料吸附性能，同时优异的光降解性能使得污染的膜能够实现自清洁的效果，使膜重新恢复最初的状态。这些优异的性能扩大了膜在水处理领域的应用。

图6 SPAN/β-FeOOHx耐化学试剂的分析测试。

最后，作者对SPAN/β-FeOOHx膜进行了耐化学试剂的评价，相对于原始PAN膜溶解与常见的DMF，DMSO等溶剂，制备的膜表现出对常见溶剂的抵抗性。这个优异的耐化学试剂性质，为膜在面对复杂污染环境的应用提供了可能。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.9b12855

人物简介：

何毅，西南石油大学教授，博士生导师，成都市高层次创新/创业人才，油气藏地质及开发工程国家重点实验室固定研究人员，‘西南石油大学油气田腐蚀科研创新团队’带头人，西南石油大学材料化学专业负责人，腐蚀与材料课题组负责人；长期从事应用化学方向的教学与科研工作。主要研究方向：腐蚀与材料、纳米材料改性及其功能化，功能有机/高分子材料（涂料涂层、缓蚀剂、电镀、油水分离等材料的制备与评价）、新能源材料；发表SCI论文约120篇（其中高被引论文6篇），累计被引次数1500余次。申请发明专利60余项，授权发明专利20余项，出版教材及专著2部；创建3个校企联合实验室，研发的油气田防腐技术和产品打破国外公司的垄断，在管道防腐中的应用量超过2000万米。

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