基于升级回收石墨烯的各向异性纳米纤维杂化膜开发及其对饮用水中新兴污染物的高效吸附

为解决传统水处理膜材料厚度与孔隙率矛盾、纳米添加剂易脱落等问题，研究人员通过电纺丝与盐浸技术协同构建了厚度可控、孔隙率达93.5%的PCL-PMMA/GNP杂化膜，实现ofloxacin（99%）、BPA（97%）等污染物的高效吸附，其动态吸附容量达1.2 mg/g，为可持续水处理提供新策略。

　　

全球水资源危机日益严峻，工业废水、药物残留等新兴污染物对饮用水安全的威胁尤为突出。传统反渗透技术虽有效但能耗高，而纳米纤维膜虽具高效分离特性，却面临机械稳定性差、纳米添加剂易流失等瓶颈。如何平衡膜厚度与孔隙率、增强污染物吸附效率，成为环境材料领域亟待突破的难题。

针对这一挑战，来自土耳其NANOGRAFEN Co.等机构的研究团队在《Environmental Research》发表创新成果，通过多尺度结构设计开发出新型各向异性杂化膜。该研究巧妙结合电纺丝与盐浸技术，以生物可降解材料聚己内酯(PCL)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为基底，整合废弃轮胎升级回收的石墨烯纳米片(GNP)，构建出具有三层结构的复合膜体系。

关键技术包括：(1)盐浸法制备多孔基底控制厚度与孔隙结构；(2)电纺丝技术构建中空PCL纳米纤维层增加比表面积；(3)多步涂覆工艺将GNP稳定锚定在膜表面；(4)MicroCT和SEM表征三维孔道结构。研究团队特别选用粒径300-500 μm的NaCl作为造孔剂，确保形成贯通微通道。

化学和物理特性分析
通过MicroCT和SEM证实，盐浸形成的基底具有331 μm平均孔径和93.5%超高孔隙率。GNP涂层使膜表面zeta电位降至-27.5 mV，增强了对带正电污染物的静电吸附。FTIR显示GNP的含氧官能团与污染物形成氢键，XPS证实了π-π相互作用的存在。

吸附性能验证
在动态流实验中，膜对5类污染物展现出梯度吸附效率：ofloxacin(99%)>BPA(97%)>咖啡因(88%)>扑热息痛(72%)>碘帕醇(36%)。特别在低浓度(0.1 mg/L)时仍保持1.2 mg/g吸附容量，归因于GNP的多重作用位点和中空纤维的截留效应。

稳定性测试
经过10次吸附-解吸循环，GNP流失率<0.8 wt%，证实共价交联策略的有效性。机械测试显示复合膜拉伸强度达4.3 MPa，比纯PCL膜提高170%，满足实际应用需求。

该研究通过创新性的"微孔基底-纳米纤维-GNP涂层"三级结构设计，成功解决了纳米纤维膜厚度限制与孔隙率矛盾的行业难题。使用废弃轮胎衍生的GNP不仅降低成本，还实现资源循环利用，其吸附效率媲美商业石墨烯材料。特别值得注意的是，膜材料在保持93.5%高孔隙率的同时，厚度可达毫米级，突破了电纺膜通常<500 μm的厚度极限。这种将结构设计与可持续材料相结合的策略，为下一代水处理技术提供了兼具高效性、经济性和环境友好性的解决方案，对实现联合国可持续发展目标(SDG6)具有重要实践意义。