余燈廣，趙 坤，寧廷保，呂 賀

（上海理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，上海 200093）

水是地球上最常見的資源之一，也是人類生命活動中不可或缺的重要組成成分。因?yàn)榈厍蛏系乃蟛糠侄际呛Ｋ也荒鼙蝗祟愔苯永?，所以真正能滿足人類生產(chǎn)、生活需要的水資源主要是指淡水資源，約占全球總水量的2.5%。其中，能被人類較容易利用的河流水、湖泊水、地下水等淡水資源約占全部淡水資源總量的0.3%。近年來，受人口增長、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和氣候變化的影響，全球用水壓力急劇增加[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)調(diào)查結(jié)果，至2025年全球大約2/3的人口可能會面臨水資源短缺的問題[2]。而且，隨著農(nóng)藥的廣泛使用、工業(yè)廢水等方面對水質(zhì)的污染，進(jìn)一步加大了淡水資源匱乏的問題。因此，研究廢水、污水的處理問題已逐漸成為國內(nèi)外科研人員的研究熱點(diǎn)。針對這一問題，本文著重介紹了靜電紡絲纖維膜在水處理中的應(yīng)用。然后按照靜電紡絲納米纖維膜用于處理水中的不同污染物進(jìn)行分類，綜述了近年來靜電紡絲納米纖維膜技術(shù)在水處理領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展，并對未來做出展望。

1 水污染處理方法

目前人類對水污染的處理方法主要可以分為物理方法、化學(xué)方法以及生物方法等[3]。物理方法主要是通過吸附、沉淀、過濾等過程實(shí)現(xiàn)污染物與水的分離。最常用的物理吸附劑是活性炭材料，但是由于活性炭的成本相對較高，無法大規(guī)模地被應(yīng)用到水污染處理工程中。化學(xué)方法則主要通過氧化降解、消毒殺菌等過程去除淡水中的污染雜質(zhì)。最普遍的化學(xué)氧化劑是氯，它能有效提高有機(jī)物的去除效率，但是過高的劑量則會產(chǎn)生氯化消毒副產(chǎn)物，具有致癌性[4]。生物方法一般是指通過微生物的作用將廢水、污水中的有害或有毒物質(zhì)進(jìn)行轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移，進(jìn)而達(dá)到凈化水質(zhì)的目的[5]。在以上提及的水處理方法基礎(chǔ)上，低能耗的膜分離技術(shù)越來越受到人們的廣泛關(guān)注，膜分離技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）所需的能量消耗低，可節(jié)約能源；（2）可與其他水處理流程完美結(jié)合；（3）操作條件溫和，適應(yīng)能力強(qiáng)；（4）便于回收，對水的副作用小。根據(jù)膜分離過程和所用分離膜的種類不同，可將膜分離技術(shù)分為以下幾類：微濾、超濾、納濾、反滲透、正向滲透、壓力延遲滲透、膜蒸餾和電滲析[6]。

關(guān)于膜的制備技術(shù)方法有很多，分類也各不相同。而在各類方法中，利用靜電紡絲技術(shù)制備的纖維膜，具有孔徑小、比表面積高、纖維均一性好、孔隙率高以及表面粗糙度高等優(yōu)點(diǎn)[7]，可以起到協(xié)同轉(zhuǎn)化和降解分離廢水、污水中雜質(zhì)的作用，在進(jìn)行廢水、污水的處理過程中有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢，從而被廣泛地運(yùn)用在不同的水污染處理領(lǐng)域。

2 靜電紡絲纖維膜在水處理中的應(yīng)用

2.1 靜電紡絲纖維膜去除水中的染料

中國是染料生產(chǎn)大國，染料對水的危害需要引起足夠的重視。普遍常見的具有著色功能的染料通常由苯、萘、蒽和醌芳族等基團(tuán)組成，使得染料在環(huán)境中具有毒性和化學(xué)穩(wěn)定性，以致傳統(tǒng)的生化途徑無法將染料完全降解[8]。靜電紡絲技術(shù)制備的納米纖維膜在去除水中染料方面，具有極大的潛力?？赏ㄟ^兩種方式制備電紡功能納米纖維膜，用于去除水中有色染料。一種是利用磁性納米粒子表面修飾納米纖維膜[9]，這種技術(shù)成本低，通過直接施加外部磁場就可便攜地回收磁性納米纖維以及部分脫落的磁性粒子。Zhan等[10]利用同軸靜電紡絲技術(shù)制備了以磁性γ-Fe2O3為芯層，Ti0.9Si0.1O2為鞘層的磁性芯鞘功能納米纖維。如圖1(a)所示，在太陽光的輻射下，Ti0.9Si0.1O2的光降解亞甲基藍(lán)（methylene blue, MB）的效率為90%，高于純TiO2的光降解MB的效率（62.9%），說明摻雜Si能夠明顯提高光催化活性。然而，如圖1(b)所示，在可見光的輻射下，由于總光照能量的降低，純TiO2、Ti0.9Si0.1O2以及Fe@TiSi（1∶5、1∶10、1∶15）的光降解MB的效率均有所降低，且芯鞘流速比為1∶10制備的磁性芯鞘納米纖維光降解MB的效率最高，并能夠使用外部磁鐵對其進(jìn)行回收，重復(fù)使用，實(shí)現(xiàn)無污染、零能耗。圖1(c)為在可見光下MB的總有機(jī)碳（total organic carbon, TOC）去除效率，隨著輻照時間的延長，TOC的去除效率越來越高，降解趨勢與光降解效率相似，說明MB已經(jīng)被光降解為CO2和H2O。

圖1 在太陽光、 可見光下Fe@TiSi納米纖維對MB的光降解效率以及可見光下MB的TOC去除效率[10]Fig. 1 Photodegradation efficiency of MB by Fe@TiSi nanofibers under sunlight and visible light, and TOC,removal efficiency of MB under visible light[10]

研究人員對Fe@TiSi芯鞘納米纖維光降解MB的可能性機(jī)制進(jìn)行了分析，如圖2所示。分析認(rèn)為光生電子和空穴分別作用吸附在Fe@TiSi芯鞘納米纖維表面的氧氣和水分子，產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化活性的超氧自由基和羥基自由基，進(jìn)而降解MB分子。另外，分析認(rèn)為Fe@TiSi芯鞘納米纖維具有優(yōu)異的光催化活性主要是以下兩點(diǎn)原因：首先，摻雜Si能有效抑制光生電子空穴對的組合，產(chǎn)生更多的電子和空穴，并加速光催化反應(yīng)過程，增強(qiáng)TiO2的光催化活性；另外，F(xiàn)e@TiSi芯鞘納米纖維比純TiO2纖維有更大的吸附面積，有利于TiO2光降解效率的提升[10]。

圖2 Fe@TiSi芯鞘納米纖維光催化降解MB的機(jī)制示意圖[10]Fig.2 Schematic diagram mechamism of photocatalytic degradation of MB by core-shell nanofibers Fe@TiSi[10]

另一種是使用具有功能活性的聚合物材料制備電紡納米纖維膜[11]，這種膜本身對染料具有一定的吸附能力，且易通過后處理技術(shù)賦予納米纖維新的功能[12]，可實(shí)現(xiàn)對有色染料的多級協(xié)同去除效果。如圖3所示，研究人員使用玉米醇溶蛋白為紡絲聚合物，制備了具有吸附活性黑5（active black,RB5）的功能性電紡玉米醇溶蛋白納米纖維膜[13]。

圖3 靜電紡絲技術(shù)制備玉米醇溶蛋白納米纖維膜及其去除有色染料效果[13]Fig.3 Preparation of zein nanofiber membrane by electrospinning and its removal effect of colored dyes[13]

如圖4(a)、(b)所示，玉米醇溶蛋白納米纖維膜在吸附RB5的過程中，前5 min吸附速率較高，而隨后以相對較慢的速率進(jìn)行，20 min時達(dá)到吸附平衡，染料完全被脫色（見圖4e）；玉米醇溶蛋白納米纖維膜對RB5的吸附過程符合準(zhǔn)二級動力學(xué)方程（見圖4c），說明其吸附過程主要為化學(xué)吸附；而顆粒內(nèi)擴(kuò)散模型的線性曲線表明，RB5在玉米醇溶蛋白納米纖維上的吸附曲線不是線性的，但可以分為兩個線性區(qū)（見圖4d），說明RB5首先迅速吸附在納米纖維表面，隨后滲透到納米纖維之間的網(wǎng)格孔或微尺度間隙中，最終成功附著達(dá)到平衡[13]。

圖4 玉米醇溶蛋白納米纖維對RB5的吸收動力學(xué)曲線， RB5的紫外-可見吸收隨時間的增加而降低曲線，RB5吸附的準(zhǔn)二級擬合，RB5吸附的粒子內(nèi)擴(kuò)散模型和不同時間間隔接觸玉米醇溶蛋白納米纖維后獲得的RB5樣品的光學(xué)視圖[13]Fig.4 The absorption kinetics of zein nanofibers for RB5, the UV-vis absorption of RB5 decreases with time, pseudosecond-order fitting of RB5 adsorption, the particle diffusion model of RB5 adsorption and optical views of RB5 samples obtained after exposure to zein nanofibers at different time intervals[13]

玉米醇溶蛋白本身便屬于具有染料吸附效果的功能活性聚合物，使用靜電紡絲技術(shù)將其制備成納米纖維膜后，仍然保持較高的吸附染料的功能活性。其吸附有色染料RB5的機(jī)制如圖5所示，玉米醇溶蛋白與RB5的結(jié)合主要包括三種重要的相互作用模式，即疏水相互作用（RB5中的鏈烷基和玉米醇溶蛋白上的表面烷基）、離子相互作用（玉米醇溶蛋白的帶正電的N或羰基碳與RB5的負(fù)中心），以及氫鍵相互作用[RB5中氫鍵供體（NH2或OH）和玉米醇溶蛋白中的氫鍵受體(O或N)][13]。

圖5 玉米醇溶蛋白納米纖維吸附RB5的機(jī)制示意圖[13]Fig.5 Schematic diagram of adsorption mechanism of zein nanofibers on RB5[13]

在去除水中有色染料領(lǐng)域，電紡聚丙烯腈（polyacrylonitrile, PAN）聚合物的研究比較熱門。研究人員在對堿性藍(lán)41染料吸附試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，使用碳酸氫鈉制備的PAN/聚偏氟乙烯（polyvinylidene fluoride, PVDF）多孔纖維吸附能力最佳，且對于堿性藍(lán)41染料的吸附遵循Langmuir等溫線和偽二級動力學(xué)方程，說明該吸附過程主要為單分子層的化學(xué)吸附[14]。Aziz等[15]使用靜電紡絲技術(shù)制備了新型絲素蛋白（silk fibroin, SF）/PAN雙層納米過濾器。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在SF/PAN雙層納米過濾器中引入聚苯胺（ polyaniline, PANI）/TiO2納米顆粒會導(dǎo)致拉伸強(qiáng)度和彈性模量的顯著提高，從水溶液中除去陰離子染料時，含質(zhì)量分?jǐn)?shù)7.5%的PANI/TiO2納米顆粒的混合納米過濾器在pH=3時表現(xiàn)出高達(dá)92%的優(yōu)異染料去除效率。此外，通過對PAN聚合物的官能團(tuán)加以功能化修飾，也可提高其去除染料的能力。Patel等[16]使用氫氧化鈉和碳酸氫鈉將PAN的氰化物官能團(tuán)修飾成羧酸根陰離子。而官能化后的PAN納米纖維在接觸時間30 min內(nèi)除去了99%的孔雀石綠染料，且發(fā)現(xiàn)平衡吸附量為200 mg/g，幾乎是未官能化PAN納米纖維膜的5倍。

另外，使用其他聚合物材料制備成電紡膜，同樣發(fā)現(xiàn)對染料具有較為優(yōu)異的吸附性能。Satilmis等[17]利用自具微孔聚合物作為主要紡絲聚合物制備電紡纖維膜，經(jīng)胺化后獲得胺改性纖維膜，吸附能力高達(dá)312.5 mg/g，且在同時存在甲基橙和亞甲藍(lán)的水溶液中，對甲基橙具有選擇吸附性。Qureshi等[18]制備了高度堅(jiān)固且具有選擇性的電紡尼龍6 nm纖維，僅20 mg的納米纖維就足以實(shí)現(xiàn)（90±2）%的去除效率，該納米纖維可提供的最大滲透通量為113.2 L/m2·h，遠(yuǎn)高于常規(guī)納濾膜的滲透通量（10 L/m2·h）。

2.2 靜電紡絲纖維膜去除水中金屬離子

近年來，水體重金屬污染越來越成為人類健康的重大威脅，污染水中的主要重金屬離子有鉻離子、汞離子、鉛離子等[19]。從水中提取這些重金屬離子的方式有很多，包括離子交換、吸附、反滲透、凝結(jié)-絮凝和溶劑萃取等技術(shù)[20-21]。

吸附是最有效的去除水中金屬離子的方式之一。靜電紡絲納米纖維吸附劑由于具有高表面積、高孔隙率和高吸附容量等獨(dú)特性質(zhì)，使其成為應(yīng)用于選擇性金屬吸附的良好選擇[22]。納米纖維載體應(yīng)具有物理和化學(xué)穩(wěn)定性，并要保證有足夠的孔隙率以允許試劑進(jìn)行官能化反應(yīng)或金屬離子與配體相互作用。納米纖維表面上的官能團(tuán)如氨基、羧基、羥基、磷酸酯和巰基等都可以從水溶液中被動地吸附金屬離子[22]。Guan等[23]通過靜電紡絲技術(shù)制備了大麥醇溶蛋白和大麥醇溶蛋白/N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺（methylene bisacrylamide, MBA）納米纖維膜，然后用β-環(huán)糊精（cyclodextrin, CD）修飾所制備的膜，以從水溶液中去除銅離子。試驗(yàn)結(jié)果表明，添加適當(dāng)濃度的MBA和β-CD可顯著提高吸附容量，大麥醇溶蛋白、大麥醇溶蛋白/MBA和大麥醇溶蛋白/MBA/β-CD納米纖維膜的最大吸附量分別為64.94、81.97、88.50 mg/g。而Islam等[24]使用溶膠-凝膠靜電紡絲技術(shù)制備了膦官能化的PVA/SiO2復(fù)合納米纖維（多孔），同樣表現(xiàn)出優(yōu)異的去除重金屬離子的性能：在廢水（pH=6）中接觸時間僅15 min，就可實(shí)現(xiàn)96%～98%的重金屬離子（Mn2+和Ni2+）去除效率。

近年來，從水中去除鉛和汞金屬離子的報(bào)道相對較多。Morillo等[25]通過靜電紡絲技術(shù)制備聚對苯二甲酸乙二醇酯（polyethylene glycol terephthalate,PET）納米纖維膜，然后將其表面使用簡單的氨解過程進(jìn)行化學(xué)官能化，發(fā)現(xiàn)該吸附系統(tǒng)能夠快速進(jìn)行動力學(xué)吸附，在30 min后對Pb（Ⅱ）最大吸附量達(dá)到50 mmol/g（見圖6a），最佳吸附pH為8.3（見圖6b）。

圖6 (a) 接觸時間對PET納米纖維膜吸附Pb(II)的影響；(b) 初始pH對PET納米纖維膜吸附Pb(II)的影響[25]Fig.6 (a) Effect of contact time on Pb(Ⅱ) adsorption on PET nanofiber membranes；(b) effect of initial pH on Pb(Ⅱ) adsorption on PET nanofiber membranes[25]

文獻(xiàn)[26]中，使用十二烷基硫酸鈉乙醇水溶液作為鞘液以克服蛋白質(zhì)-金屬相互作用和相應(yīng)的噴絲頭堵塞，成功制備了玉米醇溶蛋白納米帶，通過利用金屬和蛋白質(zhì)之間的有利相互作用，這些玉米醇溶蛋白納米帶可用于處理Pb（Ⅱ）污染的水。吸附結(jié)果表明，最大吸附量為89.37 mg/g，其等溫線數(shù)據(jù)與Langmuir等溫線模型吻合良好，說明吸附過程主要為單層吸附。同時擁有較好的可重復(fù)利用性能，即使經(jīng)過5個循環(huán)的再利用，吸附容量仍可保持在82.3%[26]。

另外有研究人員在探究將貴金屬從水中還原回收方面，取得了較好的進(jìn)展。Wei等[27]報(bào)道將非晶-WO3結(jié)合到PAN電紡纖維膜中，帶負(fù)電的纖維膜和金屬離子之間的強(qiáng)靜電吸引力使納米纖維膜高效地從水中去除大量的貴金屬離子。從水中去除的貴金屬離子被自發(fā)地還原，并作為金屬納米顆粒沉積在納米纖維膜上，可以容易地分離和再循環(huán)，將金屬污染物轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的材料。

2.3 靜電紡絲纖維膜去除水中的抗生素

作為世界上最大的抗生素生產(chǎn)國和消費(fèi)國之一，中國目睹了抗生素濫用這一嚴(yán)重的現(xiàn)象。抗生素和抗生素抗性基因廣泛分布于地表水、污水處理廠出水、土壤和動物糞便中[28]?？股匚廴九c傳統(tǒng)的污染物不同之處在于，抗生素的抗性基因具有生物學(xué)特性，可在環(huán)境中長久存留、擴(kuò)散和傳播，給環(huán)境及人類健康帶來巨大威脅，已經(jīng)成為人類面臨的重大生態(tài)環(huán)境問題。因此，處理水中的抗生素刻不容緩。

Rizzo等[29]在其綜述中討論了砂濾、吸附、膜過濾和高級氧化過程等對抗生素的先進(jìn)處理工藝。靜電相互作用常作為主要作用機(jī)制去除水中的抗生素。Zhao等[30]研究了使用聚乙烯亞胺（polyethyleneimine, PEI）交聯(lián)的納米過濾膜去除水中的抗生素-頭孢羥氨芐和恩氟沙星，研究膜性能與表面電荷特性的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，PEI改性后的納米過濾膜表面帶正電荷。在pH小于4時，膜表面所帶電荷強(qiáng)度最大；pH為4～7時，電荷強(qiáng)度適中；pH為8～10時，電荷強(qiáng)度最弱。不同的pH下，膜表面的電荷強(qiáng)度不同，這對從水中分離離子，如Na+、Cl?，以及從水中分離抗生素具有重要的意義。

近年來，有關(guān)對水中抗生素-四環(huán)素的去除研究熱度較大。其中在去除水中抗生素應(yīng)用方面，靜電紡絲技術(shù)制備的納米纖維膜具有非常大的優(yōu)勢以及應(yīng)用潛力。主要通過靜電紡絲技術(shù)制備具有吸附功能和光催化功能的納米纖維膜。Park等[31]制備出的氧化石墨烯（graphene oxide, GO）/聚（偏二氟乙烯）（vinylidene fluoride, PVDF）電紡納米纖維膜具有高純水通量和小孔徑，且隨著GO含量的增加而增加。GO本身能夠在水溶液中快速有效地吸附四環(huán)素，在加入到PVDF納米纖維膜中后，在水過濾條件下仍保持高吸附量[31]。而Liu等[32]制備了新型Fe3O4/PAN復(fù)合納米纖維膜，pH為4～8時，能夠有效地去除四環(huán)素，而沒有導(dǎo)致Fe的損失。Fe3O4/PAN復(fù)合納米纖維膜的吸附機(jī)制如圖7所示，其對TC的吸附更符合擬二級動力學(xué)模型，使用Langmuir等溫模型計(jì)算的最大吸附容量在pH為6時，為257.07 mg/g，該功能膜對四環(huán)素的吸附主要是絡(luò)合和離子交換為主的化學(xué)吸附。

圖7 Fe3O4/PAN復(fù)合納米纖維膜吸附四環(huán)素的機(jī)制圖解[32]Fig.7 Adsorption mechanism of tetracycline on Fe3O4/PAN composite nanofiber membrane[32]

具有光催化效果的電紡功能膜根據(jù)負(fù)載功能粒子的種類也可分為光敏半導(dǎo)體光催化功能膜以及光芬頓功能膜。Li等[33]將Au0.1Ag0.9/TiO2納米粒子通過簡單相轉(zhuǎn)化的方法成功制備了Au0.1Ag0.9/TiO2/醋酸纖維素（cellulose acetate，CA）光催化功能膜，由于雙金屬Au和Ag納米粒子的協(xié)同作用，加上CA基體中TiO2的存在，賦予了膜高可見光驅(qū)動的光催化活性。而且由于Ag的固有抗菌性，使膜具有良好的抗菌活性。該膜具有較好的線性纖維形貌，并顯示出高親水性和孔隙率。在靜態(tài)系統(tǒng)中，Au0.1Ag0.9/TiO2/CA-1.5膜在可見光照射120 min下對四環(huán)素的最佳降解率為80%，在動態(tài)系統(tǒng)中可進(jìn)一步提高到90%。另外，Liu等[34]同樣報(bào)道了一種使用靜電紡絲技術(shù)制備的MIL-88/PVB光催化功能膜，在光照條件下，90 min內(nèi)該光催化功能膜可對鹽酸四環(huán)素（tetracycline hydrochloride ，TC-HCl）起到高達(dá)99%的降解率，且MIL-88/PVB納米纖維膜也易于從溶液中分離。Zheng等[35]使用靜電紡絲技術(shù)制備了一種光芬頓功能膜，在光照條件下，額外過氧化物的加入可有效恢復(fù)被亞甲基藍(lán)和紅霉素污染的膜的水通量，并增加排斥率。

傳統(tǒng)的廢水處理廠不是為去除抗生素設(shè)計(jì)的，無法完全去除水中的抗生素。膜生物反應(yīng)器中使用的微濾和超濾可以提供對廢水中抗生素抗性的有效屏障。此外，先進(jìn)的非浸沒式膜處理廢水排放可能會產(chǎn)生類似的性能[36]?？梢灶A(yù)見，未來在處理廢水領(lǐng)域，靜電紡絲納米纖維膜將會發(fā)揮越來越大的作用。

2.4 靜電紡絲纖維膜去除水中的有害細(xì)菌

水體除菌是近代以來討論非常熱門的一個話題，傳統(tǒng)的除菌方式有加氯除菌、紫外光照等。但前者容易產(chǎn)生致癌的消毒副產(chǎn)品以及抗氯細(xì)菌-鳥型結(jié)核分枝桿菌等，后者對于抗紫外線的細(xì)菌無用，且過度使用紫外光照，輻射危害也極大[37]。所以，人們一直在探究副作用較小，且危害性低的水體殺菌方式。

由于金屬納米粒子，如CuO、Ag、ZnO、Fe2O3和TiO2等具有較好的殺菌性能，且對人體的傷害相對較小，故將金屬納米粒子結(jié)合到電紡納米纖維膜中，再用于水體抗菌取得了較為有效的成果。將電紡PAN納米纖維膜浸泡于羥胺（NH2·OH）水溶液中，使膜表面形成-C(NH2)N-OH基團(tuán)，用于將配位的Ag離子轉(zhuǎn)化為Ag納米粒子（AgNPs），制備出了PAN-AgNPs纖維膜。研究證實(shí)，對相同的革蘭氏陰性大腸桿菌菌落（見圖8a）進(jìn)行除菌，PAN-AgNPs膜表現(xiàn)出99.99%的除菌率（見圖8c），明顯高于傳統(tǒng)PAN膜（見圖8b），在60 min后，大多數(shù)樣品只有一個菌落（見圖8d）。其有效過濾速率為8.0 mL/(cm2·min)，可用作水處理膜[38]。類似的研究也證明負(fù)載銀納米粒子的電紡功能膜在水體中的殺菌效果。Bjorge等[39]研究了電紡納米纖維微過濾膜在水過濾方面的應(yīng)用，在功能化（摻雜銀納米粒子）和非功能化的膜去除病原體試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，功能化的膜去除水中大腸桿菌效果最好，銀納米粒子在膜上的滯留率高。

圖8 瓊脂板上原始細(xì)菌，加入PAN膜，加入PANAgNPs膜30 min和加入PAN-AgNPs膜60 min的菌落數(shù)字圖像[38]Fig.8 Digital images of the bacterial colonies on the Agar plates from the bacterial control , PAN sample control ,PAN-AgNPs sample (after 30 min), and PAN-AgNPs sample (after 60 min)[38]

但是，單一的負(fù)載納米粒子不僅殺菌率低，而且容易引發(fā)銀納米粒子的過量釋放。通過將銀納米粒子固定在其他納米顆粒上，可避免銀納米粒子的過量釋放引起的副作用。通過用聚多巴胺鹽酸鹽涂覆在TiO2納米顆粒上，然后在AgNO3溶液中處理，制備TiO2/Ag納米復(fù)合粒子。隨后，將TiO2/Ag納米復(fù)合粒子加入到CA溶液中并以靜電紡絲技術(shù)制備CA/TiO2/Ag復(fù)合納米纖維膜?？咕囼?yàn)結(jié)果證實(shí)，CA/TiO2/Ag復(fù)合納米纖維具有優(yōu)異的抗菌性能，持續(xù)36 h，對細(xì)菌生長有72 h的顯著抑制作用[40]。Sadasivam等[41]使用溶體靜電紡絲技術(shù)制備出納米纖維墊，通過流式細(xì)胞術(shù)方法估計(jì)活/死細(xì)菌，證明了納米材料的抗菌功效，作為評估未來水消毒系統(tǒng)抗菌性能的可靠研究方法。

另外，除了常見的大腸桿菌外，金黃色葡萄球菌也是研究的熱門對象。Ahire等[42]利用PAN制備出電紡納米纖維膜，并使用Cu離子對膜改性處理，研究去除水中大腸桿菌以及金黃色葡萄球菌Xen30。結(jié)果證明，Cu/PAN膜在減少水中的各類大腸桿菌以及金黃色葡萄球菌Xen30方面作用明顯，可用于水體凈化。Sheet等[43]直接使用常規(guī)靜電紡絲法制造出由聚氨酯、葡聚糖和質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的生物色素（即綠膿菌素）組成的復(fù)合電紡功能納米纖維膜，通過細(xì)菌抑制試驗(yàn)表明，含有綠膿菌素的功能膜對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌Xen30的抗菌活性分別為98.54%和90.2%。通過快速釋放綠膿菌素和氧化應(yīng)激的共同作用，PU-葡聚糖-綠膿菌素電紡功能纖維膜會顯著降低破壞細(xì)胞形態(tài)的活細(xì)胞數(shù)。因此，制備的綠農(nóng)菌素電紡功能纖維膜滿足在各種應(yīng)用中的有效抗菌材料的要求，完全可用于水中殺菌。

利用電紡功能納米纖維膜去除水中的有害細(xì)菌，雖殺菌效果優(yōu)異，但是膜所負(fù)載的納米粒子多是重金屬離子，功能膜在水中也會釋放一定量的重金屬離子，對水體環(huán)境也會造成二次污染，因此，電紡功能纖維膜離實(shí)際大規(guī)模應(yīng)用于水體除菌還有一定距離，應(yīng)不斷尋求重金屬離子的替代品，對膜進(jìn)行表面改性，降低對水體的二次污染。

3 總結(jié)與展望

本文綜述了近年來靜電紡絲纖維膜用于處理水體污染物的研究。靜電紡絲為水處理用膜提供了一種簡單而通用的制備方法，盡管取得了較大的進(jìn)步，但仍需要通過進(jìn)一步優(yōu)化納米纖維膜的組成、結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)來提高效率和通量率，未來的工作應(yīng)集中在全面了解暴露在纖維表面的活性吸附位點(diǎn)、解吸離子/分子的機(jī)制以及相互連接的孔中的運(yùn)輸動力學(xué)。

雖然膜的表面功能化可以顯著提高它們的過濾性能，但它通常涉及多個步驟，使得它不太適合工業(yè)產(chǎn)品的開發(fā)。應(yīng)通過進(jìn)一步簡化單一制造程序用于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。同時，由于制備某些纖維膜時需要使用有害有機(jī)溶劑作為工作流體的溶劑，應(yīng)該進(jìn)一步尋找對纖維膜進(jìn)行無害化后處理的方法。另外，在充分利用清潔能源、降低成本方面，應(yīng)該制備能夠充分利用太陽光以進(jìn)行快速水處理（例如，去污，消毒和脫鹽）的新型纖維膜，以直接生產(chǎn)具有高通量和低成本的飲用水，特別是對于發(fā)展中國家來說極為重要。