基于静电纺丝技术的油水分离纳米纤维膜研究进展

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2024.12.003

中国塑料 ›› 2024, Vol. 38 ›› Issue (12): 19-23.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2024.12.003

基于静电纺丝技术的油水分离纳米纤维膜研究进展

兰倩, 朱平(), 郭鸿江

中北大学仪器与电子学院，太原 030051

收稿日期:2024-04-01 出版日期:2024-12-26 发布日期:2024-12-25
通讯作者: 朱平，副教授，研究领域：纳米纤维膜制备与应用，h.zhuping@163.com
E-mail:h.zhuping@163.com

Research progress in oil⁃water separation nanofiber membranes based on electrospinning technology

LAN Qian, ZHU Ping(), GUO Hongjiang

School of Instrument and Electronics，North University of China，Taiyuan 030051，China

Received:2024-04-01 Online:2024-12-26 Published:2024-12-25
Contact: ZHU Ping E-mail:h.zhuping@163.com

摘要/Abstract

摘要：

简要介绍了膜分离技术和静电纺丝技术相结合在油水分离领域中的优势，并根据油水分离纳米纤维膜的分类，详细综述了疏水性静电纺油水分离膜、亲水性静电纺油水分离膜、智能静电纺油水分离膜的最新研究进展。其次，具体介绍了提高纳米纤维膜油水分离性能的方法，包括添加纳米颗粒对纳米纤维膜进行改性、制备多层结构的纳米纤维膜。最后指出了开发具有油水分离能力、抗菌、重金属离子去除功能于一体的环境友好型纳米纤维膜是未来油水分离领域的重点所在。

关键词: 静电纺丝, 油水分离, 纳米纤维膜

Abstract:

The paper introduced the advantages of a combination of the membrane separation technology and electrospinning technology in the field of oil⁃water separation and reviewed the latest research progress in the hydrophobic electrospinning oil⁃water separation membranes， hydrophilic electrospinning oil⁃water separation membranes， and intelligent electrospinning oil⁃water separation membranes based on the classification of oil⁃water separation nanofiber membranes. A detailed introduction about the methods was provided for improving the oil⁃water separation performance of nanofiber membranes， including the modification by adding nanoparticles and preparation of multilayer nanofiber membranes. Finally， the future focus in the field of oil⁃water separation was proposed for the development of environmentally friendly nanofiber membranes with abilities for both oil⁃water separation and functions such as antibacterial properties and removal of heavy metal ion.

Key words: electrospinning, oil?water separation, nanofiber membrane

中图分类号:

TQ320.72⁺1

兰倩, 朱平, 郭鸿江. 基于静电纺丝技术的油水分离纳米纤维膜研究进展[J]. 中国塑料, 2024, 38(12): 19-23.

LAN Qian, ZHU Ping, GUO Hongjiang. Research progress in oil⁃water separation nanofiber membranes based on electrospinning technology[J]. China Plastics, 2024, 38(12): 19-23.

图/表 2

参考文献 48

1	Bai L， Wang X， Sun X， et al. Enhanced superhydrophobicity of electrospun carbon nanofiber membranes by hydrothermal growth of ZnO nanorods for oil⁃water separation［J］. Arabian Journal of Chemistry， 2023， 16（3）： 104523.
2	廖海全，吴然昊，汤秀华，等.离心作用下疏水不锈钢网的油水分离性能［J］.广州化工，2022，50（18）：73⁃75.
3	Duan M， He Z， Wang X， et al. A novel interface⁃active cationic flocculant for the oil⁃water separation of oily wastewater produced from polymer flooding［J］. Journal of Molecular Liquids， 2019， 286： 110868.
4	傅海林. 聚结浮选法用于化学驱污水除油的试验研究［D］.东北石油大学，2024.
5	Hao M， Zhang T， Hu X， et al. Facile， green and scalable preparation of low⁃cost PET⁃PVDF felts for oil absorption and oil/water separation［J］. Journal of Hazardous Materials， 2023， 448： 130804.
6	Bai L， Wang X， Guo X， et al. Superhydrophobic electrospun carbon nanofiber membrane decorated by surfactant⁃assisted in⁃situ growth of ZnO for oil–water separation［J］. Applied Surface Science， 2023， 622： 156938.
7	Lu J， Cao M， He X， et al. Electrospun hierarchically channeled polyacrylonitrile nanofibrous membrane for wastewater recovery［J］. Journal of Cleaner Production， 2022， 361： 132167.
8	Zhuo L， Zhang X， Jiang J， et al. Electrospinning preparation and characterization testing analysis of nanofiber biofilms［J］. AIP Advances， 2024， 14（2）.
9	闫浩. PVDF/SMA⁃g⁃F127膜的制备及其油水分离性能研究［D］.天津工业大学，2022.
10	Yue Y， Mukai Y. Electrospun hierarchically structured nanofibrous membrane for highly efficient oil⁃in⁃water emulsion coalescence separation［J］. Separation and Purification Technology， 2023， 322： 124331.
11	刘慧. 静电纺丝醋酸纤维素复合纳米纤维膜制备及其抗菌性能研究［D］.燕山大学，2023.
12	杜春晓. 静电纺丝PVDF复合膜的表面亲水改性及其油水分离性能研究［D］.东华大学，2023.
13	沈宝生.基于点击化学的油水分离用静电纺PAN膜的制备及性能研究［D］.东华大学，2022.
14	刘洋，赵立新，孙浩天，等. 超亲水⁃水下疏油铜网润湿性及油水分离研究［J］. Lubrication Engineering （0254⁃0150）， 2022， 47（5）.
15	Chen R， Liu J， Wang X， et al. Electrospun fibrous membrane with controlled hierarchical structure and wettability for effective emulsion separation［J］. Separation and Purification Technology， 2021， 260： 118246.
16	Hu Y， Lin X， Liu D， et al. Electrospun polymethyl methacrylate fibers⁃based membrane with heterogeneous structure achieving a full⁃particle size separation of oil⁃water emulsion［J］. Journal of Membrane Science， 2023， 680： 121716.
17	He L， Lei W， Liu D. One⁃step facile fabrication of mechanical strong porous boron nitride nanosheets⁃polymer electrospun nanofibrous membranes for repeatable emulsified oil/water separation［J］. Separation and Purification Technology， 2021， 264： 118446.
18	Liang Y， Yang E， Kim M， et al. Lotus leaf⁃like SiO₂ nanofiber coating on polyvinylidene fluoride nanofiber membrane for water⁃in⁃oil emulsion separation and antifouling enhancement［J］. Chemical Engineering Journal， 2023， 452： 139710.
19	Zhao M， Hui L， Gao Y， et al. Electrospun PVDF⁃based cellulose stearoyl ester nanocomposites for effective separation of water⁃in⁃oil emulsions［J］. Industrial Crops and Products， 2024， 210： 118140.
20	Yang Y， Guo Z， Li Y， et al. Electrospun rough PVDF nanofibrous membranes via introducing fluorinated SiO₂ for efficient oil⁃water emulsions coalescence separation［J］. Colloids and Surfaces A： Physicochemical and Engineering Aspects， 2022， 650： 129646.
21	He G， Wan M， Wang Z， et al. Fabrication of firm， superhydrophobic and antimicrobial PVDF@ ZnO@ TA@ DT electrospun nanofibrous membranes for emulsion separation［J］. Colloids and Surfaces A： Physicochemical and Engineering Aspects， 2023， 662： 130962.
22	Wang K， Zhang T C， Wei B， et al. Durable CNTs reinforced porous electrospun superhydrophobic membrane for efficient gravity driven oil/water separation［J］. Colloids and Surfaces A： Physicochemical and Engineering Aspects， 2021， 608： 125342.
23	Nueraji M， Toktarbay Z， Ardakkyzy A， et al. Mechanically⁃robust electrospun nanocomposite fiber membranes for oil and water separation［J］. Environmental Research， 2023， 220： 115212.
24	Hao W， Zhong Y， Yang Q， et al. Superhydrophobic and breathable polydimethylsiloxane/nano⁃SiO₂@ polylactic acid electrospun membrane with core⁃sheath fiber structure［J］. Progress in Organic Coatings， 2024， 187： 108126.
25	Zhang D， X Z， Huang T， et al. Electrospun fibrous membranes with dual⁃scaled porous structure： super hydrophobicity， super lipophilicity， excellent water adhesion， and anti⁃icing for highly efficient oil adsorption/separation［J］. ACS applied materials & interfaces， 2019， 11（5）： 5 073⁃5 083.
26	Deng Y， Zhang N， Huang T， et al. Constructing tubular/porous structures toward highly efficient oil/water separation in electrospun stereocomplex polylactide fibers via coaxial electrospinning technology［J］. Applied Surface Science， 2022， 573： 151619.
27	Zhang T， Zhang C， Zhao G， et al. Electrospun composite membrane with superhydrophobic⁃superoleophilic for efficient water⁃in⁃oil emulsion separation and oil adsorption［J］. Colloids and Surfaces A： Physicochemical and Engineering Aspects， 2020， 602： 125158.
28	Tsai Y T， Maggay I V， Venault A， et al. Fluorine⁃free and hydrophobic/oleophilic PMMA/PDMS electrospun nanofibrous membranes for gravity⁃driven removal of water from oil⁃rich emulsions［J］. Separation and Purification Technology， 2021， 279： 119720.
29	Doan H N， Vo P P， Hayashi K， et al. Recycled PET as a PDMS⁃Functionalized electrospun fibrous membrane for oil⁃water separation［J］. Journal of Environmental Chemical Engineering， 2020， 8（4）： 103921.
30	Ren W， Pan J， Gai W， et al. Fabrication and characterization of PVDF⁃CTFE/SiO₂ electrospun nanofibrous membranes with micro and nano⁃rough structures for efficient oil⁃water separation［J］. Separation and Purification Technology， 2023， 311： 123228.
31	Zhang J， Ge J， Si Y， et al. Taro leaf⁃inspired and superwettable nanonet⁃covered nanofibrous membranes for high⁃efficiency oil purification［J］. Nanoscale Horizons， 2019， 4（5）： 1 174⁃1 184.
32	Du C， Wang Z， Liu G， et al. One⁃step electrospinning PVDF/PVP⁃TiO₂ hydrophilic nanofiber membrane with strong oil⁃water separation and anti⁃fouling property［J］. Colloids and Surfaces A： Physicochemical and Engineering Aspects， 2021， 624： 126790.
33	Lu J， Cao M， He X， et al. Electrospun hierarchically channeled polyacrylonitrile nanofibrous membrane for wastewater recovery［J］. Journal of Cleaner Production， 2022， 361： 132167.
34	Ebrahimi F， Nabavi S R， Omrani A. Fabrication of hydrophilic special sandwich structure of PAN/GO/SiO₂ electrospun membrane decorated with SiO₂ nanoparticles for oil/water separation［J］. Journal of Water Process Engineering， 2022， 48： 102926.
35	Ahmed F U， Purkayastha D D. Superhydrophilic ZnO nano⁃needle decorated over nanofibrous PAN membrane and its application towards oil/water separation［J］. Journal of Environmental Chemical Engineering， 2023， 11（6）： 111166.
36	Cao M， Xiao F， Yang Z， et al. Purification of oil⁃containing emulsified wastewater via PAN nanofiber membrane loading PVP⁃UiO-66⁃NH₂ ［J］. Separation and Purification Technology， 2022， 297： 121514.
37	Mehranbod N， Khorram M， Azizi S， et al. Modification and superhydrophilization of electrospun polyvinylidene fluoride membrane using graphene oxide⁃chitosan nanostructure and performance evaluation in oil/water separation［J］. Journal of Environmental Chemical Engineering， 2021， 9（5）： 106245.
38	Al⁃Husaini I S， Yusoff A R M， Wirzal M D H. Efficient oil/water separation using superhydrophilic polyethersulfone electrospun nanofibrous ultrafiltration membranes［J］. Journal of Environmental Chemical Engineering， 2022， 10（5）： 108341.
39	Zhong D， Wang X， Wang J. Green electrospun poly （vinyl alcohol）/silicon dioxide nanofibrous membrane coated with polydopamine in the presence of strong oxidant for effective separation of surfactant⁃stabilized oil⁃in⁃water emulsion［J］. Surface and Coatings Technology， 2023， 460： 129421.
40	Mohamadreza S， Majid A， Saeedeh M， et al.Super⁃hydrophilic electrospun PAN nanofibrous membrane modified with alkaline treatment and ultrasonic⁃assisted PANI in⁃situ polymerization for highly efficient gravity⁃driven oil/water separation［J］.Separation and Purification Technology，2023，309.
41	Shakiba M， Abdouss M， Mazinani S， et al. Super⁃hydrophilic electrospun PAN nanofibrous membrane modified with alkaline treatment and ultrasonic⁃assisted PANI in⁃situ polymerization for highly efficient gravity⁃driven oil/water separation［J］. Separation and Purification Technology， 2023， 309： 123032.
42	Wanke D， da Silva A， Costa C. Modification of PVDF hydrophobic microfiltration membrane with a layer of electrospun fibers of PVP⁃co⁃PMMA： increased fouling resistance［J］. Chemical Engineering Research and Design， 2021， 171： 268⁃276.
43	Cheng B， Yan S， Li Y， et al. In⁃situ growth of robust and superhydrophilic nano⁃skin on electrospun Janus nanofibrous membrane for oil/water emulsions separation［J］. Separation and Purification Technology， 2023， 315： 123728.
44	Xiao Y， Xiao F， Ji W， et al. Bioinspired Janus membrane of polyacrylonitrile/poly （vinylidene fluoride）@ poly （vinylidene fluoride）⁃methyltriethoxysilane for oil⁃water separation［J］. Journal of Membrane Science， 2023， 687： 122090.
45	Xu J， Xiong Q， Liu Q， et al. Sustainable recycling of waste poly （vinylidene fluoride） and rational design of Janus membrane with superhydrophilic/hydrophobic asymmetric wettability for efficient separation of surfactant⁃stabilized water⁃in⁃oil and oil⁃in⁃water emulsions［J］. Colloids and Surfaces A： Physicochemical and Engineering Aspects， 2024， 684： 133237.
46	陈富有，赵雅雯，马慧，等.pH和温度双响应性的微凝胶复合膜的制备及油水分离性能研究［J］.膜科学与技术，2023，43（05）：106⁃117+126.
47	祖鹏，袁鹏程，王曙光，等.g⁃C₃N₄/TiO₂⁃PVDF光响应膜界面实现高效油水分离：不同暴露晶面诱导的渗透性和选择性差异及性能［J］.高等学校化学学报，2023，44（06）：129⁃138.
48	Dou Y L， Yue X， Lv C J， et al. Dual⁃responsive polyacrylonitrile⁃based electrospun membrane for controllable oil⁃water separation［J］. Journal of Hazardous Materials， 2022， 438： 129565.

聚合物	添加物	WCA /°	分离效率/%	通量/L·m^-2·h^-1	参考文献
PVDF	SiO₂	161.4	>99	—	［18］
	纤维素硬脂酰酯（CSE）	155	97.6	2 715	［19］
	氟化二氧化硅（F⁃SiO₂）	129.2	99.75	3 700.4	［20］
	ZnO、单宁酸（TA）、正十二烷基硫醇（DT）	156.5	>99	1 008.88	［21］
	多壁碳纳米管（MWCNT）	152	>99	9 270	［22］
PS	石墨烯、氟化硅烷（SiF）	154	—	—	［23］
PS	MWCNT、SiF	161	—	693	［23］
PLA	聚二甲基硅氧烷（PDMS）、SiO₂NPs	151.8±1.3	99.9	>12 000	［24］
	γ⁃Fe₂O₃	148	—	2 925	［25］
	右旋聚乳（PDLA）、γ⁃Fe₂O₃	156.2	—	3 401.4	［26］
PAN	高岭土	143.39	>95	1 960.1	［27］
PMMA	PDMS	154	99.5	2 047	［28］
PET	PDMS	149.7	>98	20 000	［29］

聚合物	添加物	WCA /°	分离效率/%	通量/L·m^-2·h^-1	参考文献
PVDF	SiO₂	161.4	>99	—	［18］
	纤维素硬脂酰酯（CSE）	155	97.6	2 715	［19］
	氟化二氧化硅（F⁃SiO₂）	129.2	99.75	3 700.4	［20］
	ZnO、单宁酸（TA）、正十二烷基硫醇（DT）	156.5	>99	1 008.88	［21］
	多壁碳纳米管（MWCNT）	152	>99	9 270	［22］
PS	石墨烯、氟化硅烷（SiF）	154	—	—	［23］
PS	MWCNT、SiF	161	—	693	［23］
PLA	聚二甲基硅氧烷（PDMS）、SiO₂NPs	151.8±1.3	99.9	>12 000	［24］
	γ⁃Fe₂O₃	148	—	2 925	［25］
	右旋聚乳（PDLA）、γ⁃Fe₂O₃	156.2	—	3 401.4	［26］
PAN	高岭土	143.39	>95	1 960.1	［27］
PMMA	PDMS	154	99.5	2 047	［28］
PET	PDMS	149.7	>98	20 000	［29］

聚合物	添加物	UWOCA/°	分离效率/%	通量/L·m^-2·h^-1	参考文献
PAN	聚乙烯吡咯烷酮（PVP）	160	>97	6 700	［32］
	氧化石墨烯（GO）、SiO₂NPs	131	>98	500	［34］
	ZnO	>159	>98	7 349±200	［35］
	UiO⁃66⁃NH₂	159.4	99.5	1773.8	［36］
PVDF	壳聚糖（CS）、GO	154.6	>99	31 673±1 447	［37］
PES	含水二氧化锰（HMO） NPs	—	95.42	>3 380	［38］
PVA	聚多巴胺（PDA）、SiO₂NPs	>152	>99.2	4 413.96	［39］

聚合物	添加物	UWOCA/°	分离效率/%	通量/L·m^-2·h^-1	参考文献
PAN	聚乙烯吡咯烷酮（PVP）	160	>97	6 700	［32］
	氧化石墨烯（GO）、SiO₂NPs	131	>98	500	［34］
	ZnO	>159	>98	7 349±200	［35］
	UiO⁃66⁃NH₂	159.4	99.5	1773.8	［36］
PVDF	壳聚糖（CS）、GO	154.6	>99	31 673±1 447	［37］
PES	含水二氧化锰（HMO） NPs	—	95.42	>3 380	［38］
PVA	聚多巴胺（PDA）、SiO₂NPs	>152	>99.2	4 413.96	［39］

[1]	陈晓青, 梁家豪, 谢文玉, 邵伟铭, 王儒珍, 付文, 蔡业彬. 静电纺光热转换纤维制备及其在太阳能驱动界面蒸发的应用[J]. 中国塑料, 2024, 38(5): 129-136.
[2]	程恩, 叶冬蕾, 程德宝, 田华峰, 赵晓颖, 项爱民. 明胶基静电纺丝纳米纤维及其应用[J]. 中国塑料, 2024, 38(4): 103-108.
[3]	魏兴岳, 王世龙, 曾宪奎, 杨卫民, 鉴冉冉. 有机复合相变储热材料的制备研究进展[J]. 中国塑料, 2024, 38(12): 155-162.
[4]	兰倩朱平郭鸿江. 基于静电纺丝技术的油水分离纳米纤维膜研究进展[J]. , 2024, (12): 0-0.
[5]	魏兴岳王世龙曾宪奎杨卫民鉴冉冉. 有机复合相变储热材料的制备研究进展[J]. , 2024, (12): 0-0.
[6]	李杰, 路祎祎, 石文天, 郭云杰, 王宇科. PDMS/PVDF静电纺丝膜的制备及油水分离性能研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(1): 28-34.
[7]	王玉伟, 肖润祥, 张宏凯, 官文瑾, 邓亚峰. 纳米纤维基空气过滤材料的研究进展[J]. 中国塑料, 2023, 37(9): 115-124.
[8]	周龙, 杜国勇, 邓春萍. 超疏水⁃超亲油三聚氰胺海绵的制备及其油水分离性能研究[J]. 中国塑料, 2023, 37(9): 28-38.
[9]	关国涛, 刘晨泽, 何世权, 宋超洋, 张响, 赵娜, 王超. 抗菌可降解聚乳酸薄膜制备与性能测试[J]. 中国塑料, 2023, 37(9): 8-13.
[10]	周龙, 杜国勇, 邓春萍. 超亲水⁃水下超疏油聚氨酯海绵的制备及其油水分离性能研究[J]. 中国塑料, 2023, 37(8): 28-37.
[11]	王容容, 江涛, 孙少阳, 周洲, 汪翔, 申莹, 邢剑. 聚酰亚胺/多壁碳纳米管杂化纳米纤维的制备与性能研究[J]. 中国塑料, 2023, 37(12): 23-28.
[12]	李好义, 王逸铭, 丁熙, 张毅, 白静雨, 李斐菲, 张跃勇, 杨卫民. 静电纺药物负载与应用研究进展[J]. 中国塑料, 2023, 37(12): 60-69.
[13]	王晓南, 付菁奥, 陈思思, 高海南, 蔡玉东. 水凝胶在油田开采领域的研究进展[J]. 中国塑料, 2023, 37(10): 101-110.
[14]	宋丹阳, 郑红娟, 李一龙. 聚乳酸基油水分离材料研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(9): 187-192.
[15]	杜青, 何祎, 余坦竟, 蓝艳姣, 赵彦芝, 周菊英. 取向PAN/MWCNTs与热塑性聚烯烃复合材料的制备及表征[J]. 中国塑料, 2022, 36(8): 49-55.

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Research progress in oil⁃water separation nanofiber membranes based on electrospinning technology

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