碳黑嵌入聚苯乙烯/聚丙烯腈电纺纳米纤维的低成本长效制备及其高性能油吸附应用

针对油污染治理难题，研究人员通过电纺技术制备碳黑(CB)嵌入的聚苯乙烯(PS)/聚丙烯腈(PAN)纳米纤维膜，显著提升表面疏水性（纤维直径从1263±128 nm降至1076±121 nm）。该膜对发动机油吸附量达70.4±0.2 g/g，且具备光热转换性能，可重复使用10次，为油水分离提供了一种低成本、高效环保的解决方案。

　　

石油泄漏和工业油污染对生态环境造成严重威胁，传统处理方法如化学降解或机械回收存在成本高、二次污染等问题。膜分离技术因其高效环保成为研究热点，但现有材料往往面临机械强度不足、吸附容量有限等挑战。聚苯乙烯(PS)虽具疏油性，但单独使用时纤维直径大、力学性能差；聚丙烯腈(PAN)的加入可弥补这一缺陷，而碳黑(CB)纳米颗粒的引入进一步优化了材料性能。

伊朗的研究团队通过电纺技术制备PS/PAN/CB复合纳米纤维膜，系统探究了CB含量（0-20 wt%）对纤维结构、力学性能及油吸附能力的影响。研究发现，10 wt% CB的添加使纤维直径缩小至1076±121 nm，接触角提升至128°，发动机油吸附量达70.4±0.2 g/g。膜材料的光热特性（源于CB）实现了太阳能驱动的油回收，且经10次循环后仍保持稳定吸附性能。

关键方法

1. 电纺技术：制备PS/PAN/CB复合纳米纤维膜，调控CB浓度（0-20 wt%）。
2. 动态光散射(DLS)：测定CB纳米颗粒粒径（118±17 nm）。
3. 吸附动力学模型：采用二阶模型拟合油吸附数据（R²>0.997）。
4. 光热转换测试：利用CB的光热效应实现油膜快速脱附。

研究结果

1. 材料表征：FESEM显示CB呈球形颗粒（图1a-c），均匀分散于纤维中。
2. 力学性能：CB添加降低拉伸强度，但PAN基底维持了膜的结构完整性。
3. 吸附性能：10 wt% CB膜对高粘度油（如发动机油）吸附最优，低粘度油（如汽油）吸附量为24.2±1.8 g/g。
4. 循环利用：光热辅助脱附使膜重复使用10次后效率仍超90%。

结论与意义
该研究通过低成本电纺工艺开发出兼具高吸附容量（70.4 g/g）和光热回收功能的PS/PAN/CB纳米纤维膜，解决了传统吸附材料不可重复利用的瓶颈问题。其疏水-亲油特性与CB的光热协同效应，为海上溢油及工业含油废水处理提供了绿色解决方案。论文发表于《Journal of Water Process Engineering》，为环境功能材料设计提供了新思路。