随着工业的快速发展，污水中含有的重金属、有机染料和细菌等污染物对环境和人们的身体健康造成了严重威胁。为了抵抗日益严重的水体污染，净化水源，污水处理材料十分必要。然而，在实际应用中，制备能同时去除污水中多种复合污染物的材料是一项巨大的挑战。因此，开发出高效、环保且具有协同去除复杂污染物处理技术显得尤为重要，这将极大的拓展其在水处理领域的应用。

近日，江南大学李大伟副研究员在期刊《ACS Applied Materials ＆ Interfaces》上，发表了最新研究成果“PVDF Nanofiber Modified with ZnO Nanowires/Polydopamine for the Treatment of Sewage Containing Heavy Metals, Organic Dyes, and Bacteria”。研究者通过溶液喷射纺丝、水热合成和聚多巴胺修饰工艺，制备出具有层次结构、超亲水、多功能的氧化锌纳米线(ZnO-NWs)修饰和聚多巴胺(PDA)增强的聚偏二氟乙烯(PVDF)纳米纤维膜（PDA/ZnO-NWs/PVDF）（图1）。与单独的ZnO-NWs装饰的ZnO-NWs/PVDF膜相比，所得的PDA/ZnO-NWs/PVDF纳米纤维膜表现出多种功能，包括持久的超亲水性、重金属铜离子吸附、光催化降解和抗菌性能。

ZnO-NWs和PDA的功效结构，弥补了两者的不足，使其兼具多种功能。此外，通过调整PDA的合成过程，还可以调节该复合膜的润湿性、吸附和光催化及抗菌活性。这项研究提供了一种处理含有各种共存污染物的污水的方法来，具有很大的应用前景。

图1： PDA/ZnO-NWs/PVDF纳米纤维膜的制备。

图2： PDA/ZnO-NWs/PVDF纳米纤维膜的形貌。

通过水热合成和聚多巴胺修饰制备的PDA/ZnO-NWs/PVDF纳米纤维膜。SEM图像显示 PDA 修饰的 ZnO-NWs 表面更粗糙，具有均匀分布的纳米级驼峰（图2f），在不同浓度 DA (1,2,3,4和5mg/mL DA)的生长浴中孵育后，ZnO-NWs 平均直径为逐渐增加（图2g）。

图3：样品在室外14天内的润湿性的变化。

如图3a所示，ZnO-NWs/PVDF 的亲水性在14天内逐渐降低，这是由于ZnO-NWs低表面的羟基因反应而丧失所导致的。经过PDA修饰后，酚羟基、氨基等亲水基团的存在，PDA/ZnO-NWs/PVDF在同一贮藏期后仍保持了较高的亲水性，亲水性最初随着 DA 浓度的增加而增加，然后降低。

图4：重金属Cu (Ⅱ)的吸附。

图5：光催化降解罗丹明B。

为了评估PDA/ZnO-NWs/PVDF纳纤膜的吸附重金属性能，研究了各种膜对不同浓度的硫酸铜溶液（60、70、80、90、100mg/L）的吸附性能（图4）。结果表明，PDA/ZnO-NWs/PVDF膜的最大Cu(II)吸附容量为65.75 mg/g，比ZnO-NWs/PVDF膜的38.49 mg/g高27.26 mg/g。同时，如图5所示，该复合纳米纤维膜在自然光下对罗丹明B具有显著的降解能力，最大降解量为5.97 mg/g，且在白天时的降解率高达90.42%。

为了验证PDA/ZnO-NWs/PVDF的广谱抑菌活性（图6），分别选取大肠杆菌和金黄色葡萄球菌作为革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌的代表菌株。对于仅用ZnO-NWs进行修饰后，纤维膜对两种细菌的抑菌率分别为93.8±2.4%和99.7±0.3%。随着PDA合成修饰时间的增加，该膜的抑菌率几乎达到100%，表现出特殊的抑菌性能。

图6：抗菌性能。

此外，通过精心设计的层级结构和持久的超亲水性质，PDA/ZnO-NWs/PVDF纳米纤维膜在长期使用中仍然保持高效工作。可以有效净化水源，能够吸附重金属、光催化降解有机染料，并实现微生物去除。因此，这一创新技术为消除共存复合污染物、控制水污染方面提供了新的思路和方法，在可持续发展和水资源保护方面具有巨大的应用潜力。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.3c12585

人物简介：

李大伟，江南大学纺织科学与工程学院副研究员，硕士生导师。要从事非织造材料、纳米纤维材料、生物医用纺织品的研究和教学工作。