DOI:10.1016/j.memsci.2019.117721
近年来，新型超湿润膜通过表面化学与形貌的协同作用在含油废水处理中得到了广泛的应用。然而，超湿润膜的水通量通常会因孔隙堵塞和表面污染而迅速下降，特别是在处理表面稳定的水包油乳液时。本文提出了一种简便的方法来制备具有良好防污和自清洁性能的超湿润薄膜纳米纤维复合膜，以有效地分离表面活性剂稳定的水包油乳液。该膜由超薄碳纳米管（CNTs）-聚乙烯醇（PVA）复合皮肤层、高孔电纺纳米纤维基底和无纺布机械支架组成。将碳纳米管与聚乙烯醇（PVA）交联后，在纳米纤维基底表面固定化三维碳纳米管复合皮肤层。在超低压（20kpa）横流过滤过程中，该表皮层对表面稳定的水包油乳状液具有良好的阻隔作用，其阻隔率为95%，竞争通量为～60 Lm-2h-1。此外，碳纳米管复合层还可以保护膜表面免受污染。TFNC膜具有良好的重复利用性，在不清洗的情况下，连续循环运行可使水通量恢复100%，这应归因于其超亲水表面的水下拒油性和基于膜表面微米/纳米通道毛细泵效应的自清洗性能。
图1.（a）CNTs-PAN纳米纤维膜横截面的FESEM图像，（b）PAN纳米纤维膜的表面，（c）PAN纳米纤维膜的纳米纤维直径分布，（d）超薄交联的CNTs涂层的PAN纳米纤维膜（CNTs-PAN）横截面的FESEM图像，（e）CNTs-PAN膜的表面图像。（f）CNTs-PAN膜的照片（膜尺寸12×12 cm）。
图2.交联机理的示意图。
图3.碳纳米管元素C 1s（a）和O 1s（b）；CNTs-PAN膜元素C 1s（c）和O 1s（d）的XPS窄扫描光谱。
图4.（a）三种膜的孔径分布；（b）用zetasizer表征的100 nm Polybead®尺寸分布；（c）过滤Polybead®后CNTs-PAN膜的FESEM图像；（d）一组表示三种膜的应力-应变曲线。
图5.（a）静态水接触角（WCA），（b）菜籽油的水下动态润湿行为，（c）PAN、CNTs-PAN和商用膜石油的水下动态润湿行为。小油滴在虚线圆圈中标记。
图6.（a）三种不同表面的示意图和润湿。 液滴和表面之间的最大接触面积在平坦和微结构化的表面中提供，而在分层结构化的表面中最小化。（b）通过AFM观察三个膜表面的三维表面形貌和粗糙度。（c）使用AFM观察的PAN和CNTs-PAN膜的表面高度图和相应的线扫描轮廓。高度峰标记为红色（PAN）和绿色（CNTs-PAN），用于计算沿扫描长度的峰密度。（要解释此图例中对颜色的引用，请参阅本文的Web版本。）
图7.（a）CNTs-PAN膜对各种水包油乳液的渗透通量和截留率。（b）三种膜PAN、CNTs-PAN和具有相似孔径的商用膜的渗透通量和截留率。进料乳化液组成：1000 ppm油，100 ppm表面活性剂；试验条件：20 kPa施加压力，0.18 m/s表面速度。（c）CNTs-PAN分离性能与工作压力的关系。
图8.（a）在过滤循环研究中，PAN（左）、商用膜（中）和CNTs-PAN膜（右）的标准化渗透通量。进料乳状液：1000 ppm菜籽油，100 ppm表面活性剂。第一轮和第二轮试验之间未进行物理或化学清洗。（b）在过滤循环研究中对CNTs-PAN膜进行油水乳液分离的长期研究。进料乳状液：1000 ppm菜籽油，100 ppm表面活性剂。两次循环试验之间没有进行物理或化学清洗。（c）CNTs-PAN膜中超亲水表面和微通道辅助毛细管抽吸的高效通量恢复和自清洁原理图。
图9.表面活性剂稳定的油滴与（A）CNTs-PAN和（B）不规则孔结构商用膜相互作用的示意图。相应的底部FESEM组图像说明了上述（a）开放和连通的孔隙结构和（b）不规则的孔隙。
图10.（a）过滤测试之前和之后的（b）CNTs-PAN分级膜和商用微滤膜的FESEM图像。
