DOI: 10.1016/j.jece.2022.107405

在含油废水的处理过程中，高效选择性地从水或油水乳液中分离油性物质是防止环境污染的一个重要议题。在本研究中，为了有效处理被油或有机溶剂污染的水，采用（i）静电纺丝技术、（ii）戊二醛交联法以及（iii）在石油醚中利用甲基三氯硅烷（MTCS）涂层工艺成功制备了高疏水或超疏水的水不溶性环保型电纺聚乙烯醇（PVA）和琼脂/PVA膜材料。通过接触角、水溶性、FT-IR、SEM和XPS等测试手段对膜材料进行了表征。PVA和琼脂/PVA膜的水接触角（WCA）分别为148.1°和150.1°。该种膜材料能够选择性地从水中分离甲苯和氯仿液滴，并显示出良好的油和有机溶剂吸收能力（PVA膜为5.5-22.8g/g，琼脂/PVA膜为4.1-21.7g/g）。经测定，PVA和琼脂/PVA膜对氯仿-水混合物（1:1，v/v）的通量值分别为1234L/m2/h/bar和1136L/m2/h/bar。此外，所开发的膜材料对氯仿-水混合物显示出优异的分离效率（≥99.9%）。PVA和琼脂/PVA膜具有良好的油包水/有机溶剂（甲苯包水、氯仿包水和柴油包水）乳液分离性能（≥97.5%）。本研究制备的PVA和琼脂/PVA膜材料对环境无害且价格合理，在处理被油和有机溶剂污染的废水以及分离油性物质-水混合物方面具有潜在的实际应用价值。

图1.在溶液介质中使用MTCS涂层制备高疏水或超疏水交联PVA和琼脂/PVA膜材料的示意图。

图2.（A）纯电纺PVA和琼脂/PVA膜的SEM图像及其纤维直径分布图。（B）用戊二醛交联的PVA和琼脂/PVA膜的SEM图像及其纤维直径分布图。（C）在8、16和24h的不同反应时间下，通过液相法在PVA和琼脂/PVA膜上涂覆MTCS的SEM图像。

图3.纯电纺PVA膜（A）、纯电纺琼脂/PVA膜（B）、交联无涂层PVA膜（C）和交联无涂层琼脂/PVA膜（D）在水中的照片。PVA（E）和琼脂/PVA（F）膜显示出对水（用亚甲基蓝染色）和橄榄油（用油红O染色）滴的高疏水或超疏水性。

图4.纯电纺PVA和交联PVA膜（A）以及纯电纺琼脂/PVA和交联琼脂/PVA膜（B）与戊二醛在50℃下反应不同时间的FTIR光谱。（C）交联PVA膜在50℃下干燥0、5和24小时的FTIR光谱（在50℃下交联反应3小时）。（D）交联琼脂/PVA膜与戊二醛在室温下反应不同时间的FTIR光谱。

图5.PVA和琼脂与戊二醛可能发生的交联反应示意图。

图6.（A）室温下交联无涂层PVA膜以及气相和液相MTCS涂覆PVA膜24小时的水接触角。室温下，8、16和24h不同反应时间的液相MTCS涂覆PVA膜（B）和琼脂/PVA膜（C）的水接触角。

图7.不同涂层时间下，MTCS涂覆交联PVA（A）和琼脂/PVA（B）膜材料的XPS全扫描光谱。

图8.MTCS涂覆PVA和琼脂/PVA膜的油和有机溶剂吸收容量值。

图9.MTCS涂覆PVA（A）和琼脂/PVA（B）膜用于去除水下氯仿。通过MTCS涂覆PVA（C）和琼脂/PVA（D）膜去除水面上的甲苯（氯仿和甲苯用油红O着色，以便更好地观察）。

图10.（A）MTCS涂覆PVA膜对氯仿-水混合物的过滤照片（在此，水和氯仿分别用亚甲基蓝和油红O着色，以便更好地观察）。（B）MTCS涂覆PVA和琼脂/PVA膜对氯仿-水混合物的通量和分离效率值。PVA（C）和琼脂/PVA（D）膜在五个氯仿-水分离循环期间的通量和分离效率值。

图11.对于甲苯包水（A）、氯仿包水（B）和柴油包水（C）乳液：（a）使用MTCS涂覆PVA膜进行过滤的照片；过滤前（b）以及用PVA膜（c）和琼脂/PVA膜（d）过滤后乳液的显微镜图像和照片；过滤前（e）以及用PVA膜（f）和琼脂/PVA膜（g）过滤后乳液的液滴尺寸分布图。

图12.MTCS涂覆PVA（A）和琼脂/PVA（B）膜对乳液混合物的通量和分离效率值。