DOI: 10.1016/j.seppur.2023.123728

在循环分离下，复合纤维膜难以实现高达99.5%的油/水乳液分离效率。本文开发了一种简单的方法，在单根电纺聚偏氟乙烯（PVDF）纤维表面原位生长超亲水纳米涂层，用于制备不对称可润湿Janus PVDF纤维膜。特别是，在静电纺丝过程中，具有两性离子聚合物链的多糖流体以由内而外的方式在纳米纤维表面生成，在电场力和N-羧甲基壳聚糖流体（CMCfs）的自迁移特征的协同作用下形成坚固的超亲水纳米涂层（<5°）。得益于PVDF Janus膜的相反润湿性，结果表明，具有不对称润湿性的Janus薄膜表现出优异的分离效率（S/E）（>99.5%）、高通量（高达4325L/m2/h/bar）、抗菌活性（>99%）和防污特性。此外，所获得的Janus膜具有令人惊讶的通量循环稳定性，在未经任何处理的情况下，循环12次后仍保持99.5%的分离效率，这表明多臂多糖流体充当了该膜中的水通道，并加速了水分子的流动。总体而言，Janus PVDF复合膜在未来的含油废水处理和水净化方面具有潜在的应用前景。

图1.Janus PVDF纤维膜和油水乳液分离过程示意图。

图2.（a）CMCfs制备示意图；（b）具有不同CMCfs负载的Janus PVDF纤维膜的SEM图像；（c）CMCfs15@PVDF以及C、N、O和F的EDS映射图像；（d）CMCfs含量为15wt%的Janus PVDF纤维膜的截面SEM图像；（e）CMCfs@PVDF溶液的粘度与剪切速率的关系曲线；（f）具有不同CMCfs含量的Janus PVDF纤维膜的照片；（g）CMCfs15@PVDF在DMF溶液中的ζ电位；（h）不同CMCfs负载下Janus纤维膜的应力-应变曲线；以及（i）拉伸强度和杨氏模量。

图3.（a）具有不同CMCfs含量的Janus PVDF纤维膜的FT-IR光谱和（b）XRD光谱。CMCfs15@PVDF侧纤维膜的XPS光谱：（c）全扫描；（d）C1s；（e）N1s；（f）F1s。

图4.（a）四氯化碳（油红色染色）在水中的吸附过程。不同pH值的水滴在Janus PVDF膜表面的图像。（b）疏水性PVDF膜（上层）；（c）亲水的CMCfs15@PVDF薄膜（下层）。使用了水、咖啡、可乐、牛奶、茶和染料等各种液滴；（d）PVDF膜；（e）CMCfs15@PVDF膜；（f）Janus PVDF纤维膜上水滴润湿过程的光学图像；（g）Janus CMCfs@PVDF（下层）膜的水接触角；（h）PVDF（上层）膜的WCAs。

图5.Janus膜的防污性能。（a）PVDF侧（上）和CMCfs15@PVDF侧（下）膜的数字图片；（b）在水相中，油红染色的四氯化碳液滴从CMCfs15@PVDF膜表面弹开，没有粘附；（c）在油和水中的CMCfs15@PVDF侧膜；（d）单根CMCfs15@PVDF纤维的TEM图像纤维和嵌入PVDF纤维表面的CMCf分子的示意图。灰色、蓝色、红色和白色的球分别表示C、N、O和H原子。

图6.光学显微镜图像和尺寸分布；过滤前后的（a）水包己烷（H/W）和（b）己烷包水（W/H）乳液；（c）W/O乳液的分离性能；（d）具有不同CMCfs含量的Janus PVDF膜对O/W乳液的分离通量和效率；（e）表面活性剂稳定乳液的破乳，纯正己烷、水包正己烷乳液和过滤后收集的正己烷的透光率；（f）表面活性剂稳定乳液的破乳，纯水、正己烷包水乳液和过滤后分离出的水的透光率。

图7.（a）水包油乳液（T/W，C/W，H/W，P/W）和（b）油包水乳液（W/T，W/C，W/H，W/P）的循环分离性能；（c）大肠杆菌（标记为绿色）嵌入CMCfs15@PVDF纤维网络的SEM图像，以及（d）抗菌活性的说明。