随着工业化和城市化的快速发展，含油废水对环境和人类健康的威胁日益增加。含油废水主要来源于食品加工、石油开采、纺织、金属加工等行业，其成分复杂，处理难度大。传统的处理方法如重力沉降、化学混凝等，难以有效去除乳化油和溶解油，导致处理后的水质仍对环境造成威胁。因此，开发高效的含油废水处理技术成为亟待解决的问题。近年来，电纺丝技术因其高效分离性能而备受关注，能够有效去除含油废水中的油分，为解决这一环境问题提供了新的思路。

一：含油废水的来源与危害

含油废水主要来源于石油、食品加工、纺织等行业，其成分复杂，包括浮油、分散油、乳化油和溶解油。其中，乳化油和溶解油由于粒径小、稳定性高，难以通过传统方法去除，对环境和生态系统造成严重威胁，如降低水体溶解氧、影响水生生物生存等。根据其物理特性，油水污染可分为四大类，具体分类及粒径分布如图1所示：

图1：含油废水的分类与粒径分布

二：膜技术在含油废水处理中的应用

膜技术作为一种新兴的水处理技术，具有能耗低、污染少、操作简便等优点。膜分离过程通过选择性透过膜实现油水分离，常见的膜类型包括微滤（MF）、超滤（UF）、纳滤（NF）和反渗透（RO）。其中，超滤和纳滤膜因其孔径适中、分离效率高，被广泛应用于含油废水处理。不同压力驱动膜的分离范围如图2所示：

图2：压力驱动膜过程的分离范围

三：纳米纤维聚合物膜的制备方法

纳米纤维聚合物膜因其高孔隙率、优异的力学性能和良好的分离效果，在含油废水处理中展现出巨大潜力。其制备方法主要包括相转化法和电纺丝法，各有优缺点，适用于不同场景。

（1）相转化法

相转化法是一种传统的膜制备技术，通过溶液的相分离形成多孔结构。其原理是将聚合物溶解在溶剂中，形成均匀的铸膜液，然后通过溶剂挥发、非溶剂添加或温度变化诱导相分离，最终形成多孔膜。根据相分离机制，相转化法可分为：溶剂挥发诱导相分离，非溶剂诱导相分离；热诱导相分离。相转化法的优点是操作简单、成本低，但膜的孔隙率和孔径分布难以精确控制，力学性能较弱。其制备过程如图3所示：聚合物溶液浇铸在平板玻璃上，形成湿膜后浸入非溶剂中实现相分离，最终形成多孔膜。

（2）电纺丝法

电纺丝法通过电场力拉伸聚合物溶液形成纳米纤维的技术，能够精确控制纤维的直径、厚度和排列方式，制备出高孔隙率（>90%）和优异性能的纳米纤维膜，特别适用于含油废水处理。其原理是利用高压电场将聚合物溶液拉伸成细长纤维，随着溶剂挥发形成干燥的纳米纤维并沉积在收集装置上。

电纺丝法可分为：

1. 针式电纺丝：包括单针、多针、同轴和熔融电纺丝，适合实验室小规模制备，但针头易堵塞，生产效率低。

2.无针电纺丝：通过旋转或静止喷头实现纤维喷射，无需针头，适合大规模工业化应用，但设备成本高。

 

图4：电纺丝技术的简化示意图

电纺丝法的优点包括：

1. 高孔隙率：可制备孔隙率超过90%的纳米纤维膜，显著提高通量和分离效率。

2. 精确控制纤维结构：通过调节电场强度、溶液浓度等参数，精确控制纤维的直径和微观结构。

3. 优异的力学性能：纳米纤维膜具有高比表面积和良好的力学性能，能承受较高操作压力，延长使用寿命。

四： 纳米纤维膜的性能优化

优化纳米纤维膜在含油废水中的性能，可从材料选择、制备方法改进、表面性质调控以及抗污染性能提升等方面着手。

（1）选择合适的材料

优先选用亲水性材料，像 PAN，其分子含极性腈基，亲水性较高，能减少膜堵塞，利于水通过，提高分离效率。PVDF 因化学稳定性和机械性能良好，也是常用材料。此外，可将不同聚合物共混或添加纳米材料，如在 PAN 中混入纳米晶沸石咪唑酯骨架（ZIF - 8），能增强膜的疏油性，提升分离性能 。

（2）改进制备方法

采用静电纺丝技术，该技术能精确控制纤维直径、厚度、微观结构和排列，制备出孔隙率超 90% 的膜。对比针式静电纺丝，无针静电纺丝技术生产效率更高，可减少堵塞问题。例如，通过优化静电纺丝的溶液参数（如浓度、分子量、溶剂等）、过程参数（电压、流速等）和环境参数（温度、湿度等），能制备出性能更优的纳米纤维膜。

（3）调控表面性质

增强膜表面的亲水性和疏油性，使膜只允许水通过，排斥油滴。可通过表面改性实现，如对 PAN 分子的腈基进行化学转化，增强其亲水性。一些研究制备的特殊结构膜，如 Janus 电纺纳米纤维膜，具有亲水和疏水双层结构，有效提高了渗透通量和分离效果 。

（4） 提升抗污染性能

膜污染是关键问题，选择错流过滤方式，利用进料流平行于膜表面流动的特点，减少颗粒和油滴在膜表面的积聚，降低污染。定期进行膜清洗，如采用反冲洗方法，能恢复膜的过滤性能，延长使用寿命。研发具有自清洁功能的膜材料，也是提升抗污染性能的重要方向 。

未来，开发环保型纳米纤维有望为水 - 油分离应用带来新的突破，通过在静电纺丝过程中混合各种聚合物与新型添加剂，以及将纳米材料、纳米片或纳米颗粒嵌入纳米纤维主体或涂覆在纳米纤维膜表面，可以改善膜的特性，如均匀孔径和机械性能，从而提高纳米纤维膜的耐久性和长期运行性能。

查阅链接： https://doi.org/10.1002/cjce.25449