摘要
随着经济的快速发展和工业化的不断进步，水污染已被视为未来几代人面临的一项重要的全球性挑战。海上原油泄漏、石油和天然气工业以及生活油脂产生了大量的含油废水，严重影响了生态环境，也造成了巨大的资源浪费和经济损失。开发一种能有效处理含油废水的材料和技术是解决这一问题的关键策略。静电纺丝纳米纤维膜具有高的孔隙率、易于调节的孔径结构以及高度贯通的多孔网络等特点，有利于介质的快速运输，可用于油水分离领域。相比于传统的静电纺丝油水分离膜，如聚丙烯腈（PAN）、聚酰亚胺（PI）及聚四氟乙烯（PTFE）等，醋酸纤维素（CA）膜具有亲疏水性可调、制备简单、成本低廉及生物可降解等优点。通过对CA静电纺丝纳米纤维膜进行特定的表面改性和结构设计，用于提升薄膜的表面润湿性以及调节薄膜内部的孔径结构，实现各种含油废水的净化。主要的研究内容如下: 首先，通过常规静电纺丝法制备得到CA/聚乙烯吡咯烷酮（PVP）纳米纤维膜，之后在NaOH/乙醇体系中对CA/PVP进行脱乙酰化处理和PVP的去除，获得了脱乙酰化处理后的CA纳米纤维（d-CA）膜。分别探究了CA纺丝液浓度、PVP添加量以及脱乙酰处理时间对纳米纤维膜微观形貌、亲水性以及油水分离性能的影响。研究发现，当CA纺丝液浓度为8wt.％,PVP的添加量为30wt.％,脱乙酰处理时长为24h时，d-CA纳米纤维膜的综合性能最佳，其具有尺寸分布均一的纳米纤维（平均直径为152nm）,表现出良好的亲水性（水接触角为71°），对于不含表面活性剂的油/水乳液（SFE）和含有表面活性剂稳定的油/水乳液（SSE）的分离通量（仅在重力作用下）分别为1824L·m-2·h-1和1456L·m-2·h-1，其分离效率分别为51.87％和59.55％。 然而，纯的d-CA静电纺丝膜通常表现出较弱的力学性能以及较低的油水分离效率，限制了其在实际过程中的应用。因此，通过简单的溶液浸渍法在d-CA纳米纤维膜中引入高机械性能、高长径比的细菌纤维素（BC）,再经柠檬酸（CCA）交联固化后得到具有仿蛛网结构、高效油水分离性能及高强高韧的d-CA/BC@CCA复合薄膜。结果表明，当BC的浸渍浓度为0.8mg·mL-1,CCA交联浓度为3wt.％时，d-CA/BC@CCA复合薄膜表现出强亲水、水下超疏油的性质（水接触角为26.6°,水下油接触角为155°）,其油对于SFE的分离通量和分离效率分别为9259L·m-2·h-1·bar-1和98.34％,而对于SSE的分离通量和分离效率分别为5418L·m-2·h-1·bar-1和99.93％。这归因于强亲水性的BC和CCA的引入改善了复合薄膜的表面润湿性能以及仿蛛网型的多孔结构的构筑进一步提高了复合薄膜的油水分离效率。除此之外,d-CA/BC@CCA纳米纤维膜也表现出高强高韧的力学性能和良好的循环使用性。 最后，将静电纺丝法、静电喷涂技术及水热合成法相结合，在静电纺丝CA纳米纤维膜表面静电喷涂低浓度的CA层，经脱乙酰化处理后得到双层d-CA纳米纤维膜（DCA）,再通过水热合成法在DCA表面原位生长出镁铝层状双金属氢氧化物（LDH）,成功制备了一系列具有多尺度粗糙结构的DCA/LDH纳米纤维膜。结果表明，当上层CA层的喷涂浓度为3wt.％、喷涂时长为3h、LDH原位水热生长时间为9h时，所得的复合薄膜DCA/LDH的综合油水分离性能最佳,其对于SSE的分离通量和分离效率分别为27346L·m-2·h-1·bar-1和98.93％,这可以归因于LDH强的亲水性及多尺度粗糙结构的构筑使得DCA/LDH复合薄膜具有良好的超润湿性能。同时，DCA/LDH复合薄膜还具有较高的力学性能和良好的耐久性,在含油废水的净化方面具有广泛的应用前景。
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