东北师范朱广山教授同时去除食品添加剂和不溶性食用油的电纺膜

　　随着城市化和工业化的快速发展，水污染已成为一个日益严重的环境问题。近十年来，日常生活和食品工业产生的食品废水不断排放到水环境中，对水环境造成很大的污染。水溶性有机食品添加剂(如食用染料、食用香料)和不溶性有机物(如食用油)是食品废水中的主要污染物。近年来，废水中可溶性有机污染物和不溶性油脂的去除受到了广泛的关注。然而，同时消除这两种污染物仍然是一个挑战。因此，有必要探索先进的材料和新方法，同时去除食品添加剂和食用油。
　　电纺纤维膜具有超亲水性和超疏油性能，可对油水进行高效分离。与传统的分离膜不同，电纺纤维膜具有可调润湿性、可控结构和高通量等特点。通过控制表面化学成分和微观结构，可以获得特殊的表面润湿性。通常，在电纺纤维上构建纳米或微观层次结构可以赋予纤维膜超亲水性和水下超疏油性能。在之前的一些的研究中，电纺纤维膜虽然具有良好的分层结构，但不能有效地去除水溶性食品添加剂。因此，在电纺纤维膜上开发新型改性材料，在吸附可溶性有机物的同时，构建层次结构具有重要意义。
　　近日，东北师范大学朱广山教授团队以H3BTC/PAN为前驱纤维膜经电纺和水热处理，将多孔金属有机骨架(MIL-100(Fe))均匀地生长于聚丙烯腈(PAN)纤维膜(PAN@MIL-100(Fe) FM)上，该膜可有效用于食品废水的处理。MIL-100(Fe)是一种常用的铁基MOF，在去除污染物方面得到了广泛的研究。通过MIL-100(Fe)与电纺丝纤维的结合，可将粉末状MOFs转化为膜状，为可溶性食品添加剂的去除提供了实用途径。采用MIL-100(Fe)对纤维膜进行表面改性，得到了具有电纺纤维膜油水分离能力的分级粗糙表面。该复合纤维膜利用MOFs对可溶性有机物吸附能力的协同作用，形成层次结构，可连续、同时去除食品废水中的可溶性食品添加剂和不溶性食用油。
　　图1 (a) PAN@MIL-100(Fe) FM制备示意图。(b) H3BTC/PAN FM 和 (c) PAN@MIL-100(Fe) FM的SEM图像。
　　图2 PAN@MIL-100(Fe) FM对AR和VA的过滤性能。
　　图3 PAN@MIL-100(Fe) FM的润湿性与食用油/水的混合分离。
　　研究者选用苋菜红(AR)、香桂醛(VA)、大豆油(家常食用油)作为污染物模型，研究其净化性能。首次研究了PAN@MIL-100(Fe) FM对AR和VA的吸附能力。然后，对食品添加剂的过滤和大豆油/水的混合分离进行了探讨，大豆油可从油水混合物中分离出来，分离效率为99.8%。最后，采用PAN@MIL-100(Fe) FM对含AR、VA和豆油的模拟食品废水进行一步过滤净化，三种污染物的去除效率均在99.0%以上。经过5次过滤循环后，去除效果良好。所得结果表明，PAN@MIL-100(Fe)FM具有分离效率高、可回收性好、生产规模大等优点，是一种很有前途的多功能废水处理材料，在污水处理领域具有广阔的应用前景。
　　论文链接：https://doi.org/10.1039/C9TA04664J
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