电纺三明治结构PCL/PMMA@PCL/PCL纤维膜：提升油水分离效率与机械性能的创新设计

本研究针对油水乳液分离中膜材料机械强度不足和分离效率低下的问题，开发了具有PCL外层和PMMA@PCL中间层的三明治结构电纺膜。通过乙醇处理引入羟基增强亲水性，冷压工艺提高致密性，使膜材料在保持95%油截留率的同时实现机械性能优化。该研究为开发高性能分离膜提供了结构设计新思路，发表于《Separation and Purification Technology》。

　　

随着工业快速发展，含油废水污染已成为威胁水生态系统的全球性难题。传统分离技术如离心、气浮等存在能耗高、二次污染风险，而单一聚合物电纺膜面临机械强度与分离效率难以兼顾的困境。尤其对于乳化油滴（粒径常<20μm），现有膜材料易发生孔道堵塞和不可逆污染，导致通量骤降。这些瓶颈严重制约了膜技术在工业废水处理中的应用。

为突破这一局限，研究人员创新性地设计了三明治结构电纺膜。该膜以柔性优异的聚己内酯(PCL)为外层，中间层采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)与PCL复合，通过结构优化实现性能协同。研究团队采用旋转流变仪测定溶液粘度，结合FTIR-DSC分析材料相互作用；通过冷压工艺(9.81MPa)增强层间结合力；利用扫描电镜(SEM)和DiameterJ软件定量表征纤维形貌；采用加压错流过滤系统评估分离性能，相较传统死端过滤更能模拟工业条件。

3.1 粘度分析
溶液流变测试显示PCL/DCM体系粘度(2.198Pa·s)显著高于PMMA/DMF(0.270Pa·s)，而共混后粘度出现负偏离现象。这种特性差异为后续纤维直径调控奠定基础。

3.2 复合表征
FTIR谱图中1725cm^-1处酯基特征峰证实组分共存，DSC显示PMMA抑制PCL结晶，表明两者存在分子级相互作用，这对提升材料相容性至关重要。

3.3 亲水性调控
乙醇处理使水接触角(WCA)从>100°降至<50°，但FTIR证实仅为物理吸附羟基，该可逆改性提示实际应用中需持续润湿维护。

3.4 形貌控制
SEM显示PMMA纤维直径(1918nm)远大于PCL(201nm)，冷压使纤维直径缩减12-17%，轴向拉伸效应通过DiameterJ量化证实。三明治结构经显微成像验证，厚度较单层PCL增加约2倍。

3.5 机械性能
万能试验机测试显示三明治膜断裂伸长率提升至80%，但拉伸强度(4.36-5.99MPa)低于纯PCL(7.74MPa)，这种"以强度换韧性"的平衡符合结构设计预期。

3.6 分离性能
加压错流过滤实验中，Sandwich-1膜展现最佳平衡：油截留率95.58%，通量恢复率(FRR)90.09%。共聚焦显微镜证实其渗透液无油滴残留，而平均孔径(0.522μm)与乳液滴径(1.376μm)的尺寸排阻效应是分离主因。

该研究通过创新的三明治结构设计，成功解决了单一材料膜机械性能与分离效率的矛盾。冷压工艺诱导的纤维轴向拉伸和乙醇处理的表面改性，为膜材料性能优化提供了新思路。尽管长期运行中膜压实导致的通量衰减仍需改善，但该工作为开发工业级油水分离膜树立了重要标杆。未来通过引入光催化自清洁组分或优化清洗策略，可进一步提升膜的循环稳定性。论文发表于《Separation and Purification Technology》，对推动高效水处理技术发展具有重要指导价值。