王献彪课题组：节能、环保聚合物纤维吸附膜研制方面取得进展

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众所周知，选择性吸附是进行水污染控制的重要手段。静电纺丝制备的聚合物纤维膜具有吸附效率高、低成本、易回收等优势而广受关注。然而，对于这类聚合物吸附纤维膜的再生一般都是在酸性或者碱性条件下洗涤再生，这无疑会带来二次污染的问题。
       近日，材化学院功能高分子与化学建材团队王献彪教授课题组依托安徽省先进建筑材料国际联合研究中心与澳大利亚蒙纳士大学王焕庭教授合作设计制备了一种具有选择性吸附能力和光催化再生特性的PAN/TiO2/PANI杂化纤维膜。该产物是基于静电纺丝技术在聚合物纤维膜中引入二氧化钛颗粒，并在纤维膜表面原位聚合生成聚苯胺而得（图1）。

图1. PAN/TiO2/PANI杂化纤维膜 (a) TEM图像 (b) SEM图像（内部：C，N 和Ti的能谱图）

研究团队证明了这种杂化纤维膜材料不仅可以吸附水中污染物（以刚果红和铬离子为例），且能够在可见光照射下进行再生。与洗涤再生的方式相比，可见光催化再生具有节能、环保的特点和更高的再生效率（图2）。

图2 (a) 不同再生次数的PAN/TiO2/PANI杂化纤维膜对刚果红的吸附动力学研究 (可见光催化再生和水洗再生对比)；(b) 相应的再生效率对比

由于TiO2和聚苯胺的杂化复合，使得该纤维膜具有良好的可见光吸收和催化降解能力。对于光照条件下，杂化纤维膜表现出较好的光催化性能。然而，针对一些特殊环境（如，黑暗环境）中水污染物的处理则可以利用其优良的吸附性能。这是由于PAN/TiO2/PANI具有大量吸附功能基（如，亚胺基、羟基、腈基等），可以作为吸附位点选择性地捕获水中污染物。回收后，放置在可见光下使其在纤维膜表面降解，达到纤维膜再生循环使用的目的（图3）。

图3. PAN/TiO2/PANI杂化纤维膜吸附和光催化再生示意图

        因此，该杂化纤维膜是一种低成本、节能、环保的吸附材料，具有潜在的应用前景。有关这项研究的详情，已经发表在近日出版的《化学工程杂志》（Chemical Engineering Journal, 2020, 399: 125749）（中科院1区，影响因子：10.652）上，标题为《Electrospinning Preparation of PAN/TiO2/PANI Hybrid Fiber Membrane with Highly Selective Adsorption and Photocatalytic Regeneration Properties》，并被微信公众号“高分子前沿”选为研究亮点推送。

        上述研究得到了安徽省对外科技合作项目、国家自然科学基金和安徽省协同创新项目的资助，是学院科研平台建设和研究生培养取得的重要成果。（文/图：王献彪 陈建利 ；审稿：冯绍杰）

      

        文章来源：安徽建筑大学

       王献彪（Wang, Xianbiao），男，博士，安徽建筑大学教授，材料科学与工程硕士生导师。1978年6月生，籍贯安徽凤台。中国化学会会员（会员号：L皖07M120323984）。期刊SM Journal of Nanotechnology and Nanomedicine编委。