摘要
随着现代工业和农业的迅速发展，废水的排放问题愈加严重。废水中的多种污染物对水体的污染也日趋严重，威胁人类的健康和安全。工业废水种类繁多，成分复杂。工业废水可以分为以下几种：金属加工产生的无机废水、石化制造行业产生的有机废水、印染产生的混合废水。含油废水会破坏水体的生态系统，造成人类疾病的传播。因此，高效、环保的含油废水处理方法成为近年来的研究热点。其中，膜分离和吸附分离技术由于低能高效、工艺过程简单、易于回收、低污染和可持续等优势，在油水分离领域快速发展。具有低表面张力的聚合物，如聚苯乙烯（PS）、聚四氟乙烯（PTFE）、聚丙烯（PP）和聚偏氟乙烯（PVDF）是膜分离法常用的材料，但是存在不易降解、毒性大和成本高等缺点。环境友好高分子材料聚己内酯（PCL）、聚乳酸（PLA）和壳聚糖（CS）等作为膜分离的主要基体材料替代传统的膜分离材料是近年油水分离膜的研究热点。 为了降低高分子油水分离膜对环境的污染，提高其在不同环境中的稳定性和循环使用性能，本文将具有生物降解性的PCL链段引入到聚氨酯分子中合成的环境友好型低表面张力聚氨酯（bio-PU）材料作为基体，结合静电纺丝技术和静电喷雾技术对其微观结构进行设计，制备得到具有可控结构的多功能bio-PU基油水分离膜，同时研究了bio-PU基油水分离膜的分离性能及机理，并对其循环稳定性进行了细致的探究。主要的研究内容如下： （1）采用静电纺丝方法，以PCL和bio-PU作为并肩结构电纺纤维的两种聚合物载体，单宁酸（TA）作为天然交联剂，分别与二氧化硅气凝胶（SiO2）、银纳米颗粒（AgNPs）和四氧化三铁（Fe3O4）有效结合并均匀分散在并肩纤维膜上，制备得到了具有微纳米多级分层结构的复合膜（PCL-PUM-SiO2）。研究结果表明PCL-PUM-SiO2复合膜具有优异的超疏水性、抗菌性、稳定性和易回收性。进行了10次油水乳液分离循环实验后，分离效率仍达到99%。在超声处理3h和-20℃下冷冻32h这两种极端条件下测试，PCL-PUM-SiO2复合膜仍能保持其超疏水性，接触角（WCA）均大于156±1.1°。此外，该分离膜还具有优异的机械性能、自清洁能力和定向油传输能力。 （2）利用逐层静电纺丝技术，将氧化锌（ZnO）改性的聚丙烯腈（PAN）作为亲水层基底，在其表面电纺不同厚度的bio-PU疏水层。同时采用气相沉积和电喷雾技术对PU疏水层进行改性，进一步提高分离膜亲疏水两侧的不对称润湿性，最终制备得到了一种具有Janus结构的复合膜（PZ-PU@PPy-SiO2）。PZ-PU@PPy-SiO2具有油水分离和染料吸附性能。同时，通过Janus膜结构独特的可切换润湿性，实现对含有不同种类油（尤其是1,2-二氯乙烷、二氯甲烷和四氯化碳等重油）的油包水乳液和水包油乳液分离。进行10次循环实验后，对于不同种类的油水乳液的分离效率仍然高于98.72%。同时，PZ-PU1@PPy-SiO2Janus膜对于复杂组分的水包油乳液，如水包石油醚乳液中含有刚果红（CR）染料的分离效率达到97.60%，对CR染料的降解率达到86.67%。研究结果表明改变PZ-PU@PPy-SiO2Janus复合膜的不对称润湿性是实现油水乳液的高效分离及废水中多重污染物去除的一种可行性方案。
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