水污染问题日益严重，其中油类废水和重金属污染废水尤为突出。油类废水主要来自石油泄漏和工业排放，含有油水混合物和乳化液；重金属污染废水则来源于电池、核工业等行业，其中六价铬（Cr (VI)）因其高毒性而备受关注。因此，开发高效的油水分离和Cr (VI)去除技术迫在眉睫。膜分离技术因其高效、低能耗和易于规模化等优点，在废水处理中展现出巨大潜力。Janus膜由于其独特的不对称润湿性（一面疏水/亲油，一面亲水/憎油），在油水分离和重金属去除方面具有显著优势。然而，目前实现超高对比润湿选择性的方法仍需进一步探索。近日，由合肥工业大学化学与化工学院王华林教授带领的团队，在国际知名期刊《分离与纯化技术》发表了题为“一种可按需高效油水分离和去除Cr（VI）的新型多功能Janus膜”的研究，该研究通过静电纺丝技术制备了一种新型多功能Janus膜，用于油水分离和重金属去除，为废水处理提供了新策略。

一：核心摘要

研究团队通过逐层静电纺丝组装开发了一种新型的Janus膜（PCP@PAN-PEI），用于油水（混合物和乳化液）分离和Cr (VI)去除。该膜的不对称润湿性来源于超疏水的Janus-PCP侧（水接触角154.4±0.6°）和超亲水的Janus-PAN-PEI侧（水接触角0°）。这种超疏水性归因于PCP中的疏水基团（如−CF2和–CH3）以及其高表面粗糙度。该膜对油水混合物（通量7428.5 L·m⁻²·h⁻¹，分离效率>99.5%）和乳化液（通量1797.7 L·m⁻²·h⁻¹，分离效率>98.1%）展现出卓越的分离效果，并具有良好的循环稳定性。此外，本文还探讨了相关的分离机制。此外，该膜能够在pH=3时有效去除78.7%的Cr (VI)，并且吸附行为可以通过准二级动力学和Langmuir模型很好地描述。Janus膜PCP@PAN-PEI在油水分离和重金属去除方面展现出巨大的应用潜力，本研究也为多功能Janus膜的设计提供了一种实用的策略。

二：核心要点

1.膜的制备及不对称润湿性：运用层层静电纺丝组装法成功制备PCP@PAN-PEI Janus 膜，其两侧润湿性差异显著。Janus-PCP 侧凭借 - CF₂和 - CH₃等疏水基团以及高粗糙度，水接触角（WCA）达 154.4 ± 0.6° ，呈现超疏水性；Janus-PAN-PEI 侧 WCA 为 0°，极度亲水。在图 1 中看出，PCL 膜上水滴难以脱离，而 Janus-PCP 侧水滴可轻松被挤压提起且无残留，直观体现两侧润湿性差异，证实 Janus 膜独特的不对称润湿性。

油水分离性能：该膜在油水分离领域表现卓越。油水混合物分离通量高达 7428.5 L・m⁻²・h⁻¹ ，分离效率超 99.5%；乳液分离通量为 1797.7 L・m⁻²・h⁻¹ ，效率大于 98.1%。多次循环实验展现良好循环稳定性，如从图 2可知，20 次循环分离轻油（正己烷）/ 水混合物，通量稳定在 6371.1 L・m⁻²・h⁻¹ ，效率达 97.7%；10 次循环分离水包油和油包水乳液，通量虽有变化，但分离效率仍保持约 95%，凸显其在复杂油水体系分离中的高效与稳定。

Cr (VI) 去除性能：PCP@PAN-PEI 膜对 Cr (VI) 去除效果显著，pH = 3 时，去除率可达 78.7%。吸附过程遵循伪二级动力学（PSO）和 Langmuir 模型，表明分子间相互作用主导吸附。图3 显示，酸性条件下膜对 Cr (VI) 去除率高，随 pH 升高而降低。吸附动力学和等温线拟合曲线也证实 PSO 和 Langmuir 模型能有效描述该吸附过程，揭示膜与 Cr (VI) 的作用机制。

综合各项性能数据，该Janus 膜 PCP@PAN-PEI 在油水分离和重金属去除方面优势明显，极具应用潜力。本研究为多功能 Janus 膜设计提供创新策略，推动废水处理领域材料研发与技术进步，有望帮助解决实际水污染问题。

文章来源：https://doi.org/10.1016/j.seppur.2025.132588