功能性PVDF/rGO/TiO2纳米纤维网用于水中除油

DOI:10.1016/j.polymer.2019.122028

智能膜具有功能性强、效率高、成本低、稳定性好等优点，是目前最有前途的水处理方法。在本研究中，将rGO/TiO₂纳米颗粒掺入电纺溶液中，制备了新型的用于油水分离的PVDF/rGO/TiO₂纳米纤维网。用Brodie法制备GO，用水热法合成rGO/TiO₂。采用原子力显微镜（AFM）和光学显微镜对PVDF/rGO/TiO₂纳米纤维的形貌进行了测试。此外，还测试了这些纳米纤维网的力学性能、水接触角、傅立叶变换红外光谱（FTIR）和油水分离性能。结果表明，rGO/TiO₂浓度为3%的PVDF/rGO/TiO₂纳米纤维具有均匀的直径和直径分布。此外，随着rGO/TiO₂浓度从0%增加到20%，平均粗糙度（Ra）呈增加趋势。rGO/TiO₂浓度对PVDF/rGO/TiO₂纳米纤维网的力学性能有影响。FTIR结果表明纳米纤维网中存在GO和TiO₂峰。此外，从油水去除实验可以看出，rGO/TiO₂浓度为3%的PVDF/rGO/TiO₂纳米纤维网的除油效率最高，达到98.46%。总之，疏水性PVDF/rGO/TiO₂纳米纤维网是一种很有前途的油水分离材料。

图1. a-f）样品1-样品6，样品的AFM图像（rGO/TiO₂分别为0％，1％，3％，5％，10％和20％的PVDF/GO/TiO₂膜）。g）样本的平均均方根（Ra）和Welch两次样本的t检验结果（n=5）。

图2. a-f）rGO/TiO₂浓度分别为0％，1％，3％，5％，10％和20％的PVDF/rGO/TiO₂纳米纤维的光学显微照片。

图3. a-d）样品的FTIR图（波数范围为400 cm^-1至4000 cm^-1）（样品1-6，rGO/TiO₂浓度分别为0%、1%、3%、5%、10%和20%的PVDF/rGO/TiO₂纳米纤维网）。

图4. a-e）样品1-5，PVDF/rGO/TiO₂纳米纤维直径分布，相应的rGO/TiO₂浓度分别为0%、1%、3%、5%和10%。f）rGO/TiO₂浓度纳米颗粒的平均直径。g）rGO/TiO₂浓度为20%的PVDF/rGO/TiO₂纳米纤维的平均PVDF/TiO₂纳米纤维长度。

图5. a）样品1-6，样品的水接触角（rGO/TiO₂为0%、1%、3%、5%、10%和20%的PVDF/GO/TiO₂纳米纤维网）。b）试样的水接触角和两个试样的t检验结果（n=5）。

图6. a）样品断裂的平均延伸和Welch双样本t检验结果（n=3）。b）样品断裂的平均载荷和Welch双样本t检验结果（n=3）。c）样品的平均拉伸应变和Welch的两个样品的t检验结果（n=3）。

图7. a-f）样品1-6，rGO/TiO₂浓度分别为0％、1％、3％、5％、10％和20％（rGO/TiO₂％=）的样品（PVDF/rGO/TiO₂纳米纤维网）的拉伸应变-应力曲线。

图8. a-g）油/水样品（去离子水，分别为1 g/L0.5 g/L、0.25 g/L、0.125 g/L、0.0625 g/L和0 g/L）的FTIR图（波数范围从400 cm^-1至4000 cm^-1）。

图9. a-f）油/水样品经纳米纤维样品（样品1-6，rGO/TiO₂浓度为0%、1%、3%、5%、10%和20%的PVDF/rGO/TiO₂纳米纤维网）过滤后的FTIR图（波数范围为400 cm^-1至4000 cm^-1）。

图10. a）1 g/L油/水溶液经纳米纤维样品过滤后的油浓度（样品1- 6，rGO/TiO₂浓度分别为0%、1%、3%、5%、10%和20%的PVDF/rGO/TiO₂纳米纤维网）。b）3650 cm^-1至3000 cm^-1处的峰面积标准曲线。c）纳米纤维样品的平均除油效率。d）用纳米纤维样品过滤1g/L油/水溶液后的油浓度和Welch双样本的t检验结果（n=3）。e）纳米纤维样品的除油效率和Welch双样本t检验结果（n=3）。