基于AMPS接枝聚合与沸石纳米颗粒改性的聚偏氟乙烯电纺纳米纤维膜在水处理中的性能提升研究

为解决工业废水中Pb2+和孔雀石绿(MG)染料的污染问题，研究人员通过电纺技术将沸石纳米颗粒(Zeo NPs)与AMPS接枝的PVDF复合，开发出Zeo/PAMPS-g-PVDF电纺纳米纤维膜(ESNF)。该膜展现出超亲水性(接触角50.1°)和优异吸附性能，对Pb2+和MG的去除率分别达96.2%和94.5%，且可重复使用6次以上，为绿色水处理提供新方案。

　　

水污染治理正面临前所未有的挑战，尤其是工业废水中重金属离子和有机染料的复合污染，如同潜伏在水环境中的"化学刺客"。其中，铅(Pb²⁺)作为神经毒素，即使微量也会导致智力损伤；而孔雀石绿(MG)这种三苯甲烷类染料，更是被证实具有致癌风险。传统处理方法如化学沉淀、活性炭吸附等，往往存在效率低、二次污染等问题。膜分离技术虽具潜力，但普通聚合物膜的疏水特性容易造成膜污染，就像给污染物开了"绿色通道"。

在此背景下，研究人员创新性地将三种材料特性巧妙融合：具有优异机械性能的聚偏氟乙烯(PVDF)作为骨架，亲水性的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)作为功能接枝单元，以及具有分子筛效应的沸石纳米颗粒(Zeo NPs)作为增强填料。通过"分子裁缝"般的精准设计，采用氧化还原接枝聚合与电纺技术相结合的策略，制备出Zeo/PAMPS-g-PVDF电纺纳米纤维膜(ESNF)。这项发表在《Surfaces and Interfaces》的研究，犹如为水处理领域打造了一把"三合一"的分子锁，能同时捕获重金属和有机污染物。

研究团队运用四大关键技术：电纺技术构建三维纳米纤维网络，氧化还原接枝法在PVDF骨架上引入AMPS功能团，纳米复合技术实现Zeo NPs均匀分散，以及系统化的吸附实验评估性能。通过接触角测试、FT-IR、BET比表面积分析、SEM/EDX等表征手段，全方位解析材料特性。

材料表征结果显示：FT-IR谱图中1170 cm^-1处的新峰证实了-SO₃H的成功接枝，SEM显示纤维直径约200-400 nm且Zeo NPs均匀分布，接触角从纯PVDF的120°降至50.1°，BET比表面积达98.7 m²/g，这些数据如同材料的"体检报告"，证实了设计的可行性。

吸附性能研究发现：在pH 5时对Pb²⁺的去除率达96.2%，pH 4时对MG去除率为94.5%。动力学分析符合伪二级模型，说明化学吸附占主导；等温线拟合显示Freundlich模型更适用，暗示多层吸附机制。热力学参数ΔG为负值，证实过程自发进行，ΔH为正值则揭示吸热本质。经过6次吸附-脱附循环，性能保持率超过90%，这种"可再生"特性大幅提升实用价值。

机理探讨指出四重协同作用：-SO₃H基团与Pb²⁺的静电吸引如同"磁铁吸附"，沸石的分子筛效应实现尺寸选择性捕获，π-π堆积作用固定MG分子，氢键网络则增强亲水性。这种"四位一体"的机制，好比为不同污染物定制了专属捕集器。

该研究突破传统膜材料的性能瓶颈，通过分子设计实现"一膜双效"。其创新价值体现在：首次将AMPS接枝与Zeo NPs改性协同应用于PVDF电纺膜；建立完整的结构-性能关系图谱；提供可规模化的制备方案。未来可拓展至其他重金属-有机复合污染体系，为《水污染防治行动计划》提供技术支撑，彰显"以材治污"的环保理念。正如研究者Heba Isawi在文中强调的，这种绿色设计策略，可能成为应对复杂水污染挑战的"通用钥匙"。