DOI: 10.1021/acsami.2c16483

由于石油泄漏和各种工业排放，全球含油废水持续增加，需要致力于开发出有效的战略和材料，以保护自然水体。因此，设计一种结构坚固且具有防污性能的超可湿性纤维膜以有效分离油水混合物和乳液是十分必要的。电纺纤维膜具有多孔性和柔性，以及超润湿性和可调功能性等特性。本研究结合Pickering乳液和近凝胶树脂（nGR）乳液电纺丝两种策略来制备用于高效油水分离和破乳的纤维纳米复合膜。使用亲水性SiO2纳米颗粒稳定nGR Pickering乳液，并成功优化以用于制备交联芯鞘结构的纤维膜。由于纤维呈现出芯鞘结构，所制备的膜具有双重功能。交联聚苯乙烯芯提供了较高的油吸附能力，而SiO2功能化交联聚乙烯醇鞘提供了粗糙的超亲水表面，从而使膜具有水下疏油性。优化的SiO2-Pickering乳液模板化纳米复合膜表现出优异的水下抗油粘附性能（UWOCA约148°），超过99%的高效油水分离能力，分离通量高达3346±91L/m2/h。研究发现，该膜对各种油水乳液均具有优异的分离效率。此外，优异的抗油粘附性能为膜的完整性提供了条件，在长达10个分离循环中实现了一致的分离性能而没有任何损失。将该膜用于热油水乳液的分离，在高温条件下未显示出结构崩解或分离性能损失。所开发的纳米复合膜可实现有效分离和破乳，并且有望用于选择性吸附、催化和储存等诸多方面。

图1.SPEM的生产过程示意图。

图2.膜SPEM1（A-C）、SPEM3（D-F）和SPEM5（H-J）放大2k倍和20k倍的SEM图像以及相应的纤维直径分布。圆圈显示表面上存在SiO2颗粒。

图3.膜的WCA和UWOCA随SiO2含量发生变化。

图4.（A）SPEM3膜的数字图像，（B）单根纤维的HRTEM图像，（C）高倍率纤维图像，（D）SPEM3膜的EDX映射图像。红色、青色和绿色点分别表示碳（C）、氧（O）和硅（Si）信号。（E）SPEM3膜表面的元素组成。

图5.（A）SPEM3膜的AFM图像以及（B）孔径和孔隙率。

图6.通过（A）动态水润湿和（B）水下油行为对SPEM3膜的润湿性进行表征。数字图像显示了对（C）正己烷和（D）DCE的防油粘附行为。（E,F）不同UWOCAs的数字图像和图形表示。

图7.（A）SPEM3膜对含不同油的油水混合物的分离性能。（B）对正己烷/水混合物的多循环分离性能。

图8.（A）分离过程及过滤器组件图示。（B,C）正己烷乳液（NE，SE）及其滤液的光学显微图像。SPEM3膜对不同油的NE（D）和SE乳液（E）的分离性能。（F）正己烷SE乳液的多循环分离性能。（G）乳液分离过程机理示意图。