研究背景：

工业和日常生活中的石油泄漏和含油废水对生态系统中的所有生物构成了巨大威胁，同时加剧了水资源短缺问题，已发展成为全球性挑战。一维（1D）SiO₂纳米纤维（SNFs）因其稳定的化学性质、优异的生物相容性和耐高温等优点，成为过去应用最广泛的无机纳米材料之一。

基于此，青岛大学王彦欣副教授、黄林军教授和唐建国教授在期刊《Journal of Colloid and Interface Science》上发表题目为“Improvement strategies for oil/water separation based on electrospun SiO₂ nanofibers”的综述，介绍了基于电纺SiO₂纳米纤维的油水分离改进策略。

本文要点：

1、该研究从不同方面系统地综述了电纺纳米纤维的研究进展。

2、首先介绍了静电纺SNF的基本原理，然后重点介绍了各种SNF的结构设计，提出了相应的性能改进策略，并对SNF的应用进行了分析和思考。

3、最后，分析了电纺SNFs在油水分离领域面临的挑战，并对电纺SNFs的未来发展方向进行了总结和展望。

由于其高孔隙率、大比表面积以及优异的化学和热稳定性等独特性能，SNFs在油水分离中表现出极大的潜力，SNFs在油水分离中的应用如下：

1. 膜过滤：由于其高孔隙率和小孔径，SNFs可用作膜过滤器，用于分离油和水，表现出高分离效率和良好的抗污性能。

1. 吸附：SNFs可用作吸附材料，从水中去除油类物质。具有高吸油容量和良好的可重复使用性。

1. 凝聚：SNFs可用作凝聚材料，促进油滴的凝聚，从而便于其与水分离。

与其他材料和技术相比，SNFs具有诸多优势，如高热稳定性、良好的化学抗性和出色的抗污性能。它们还具有大比表面积，并且可以轻松进行功能化以增强其分离性能。

本文提出了多种改进策略，以提高SNFs在油水分离中的性能，主要包括以下两个方面：

1. 机械性能的改进：SNFs的机械性能较差，容易发生断裂和变形。为了改善这一问题，可以采用多种方法，如添加增强剂、改变纺丝工艺参数、制备多层结构等。

2. 抗油污性能的改进：SNFs在油水分离中容易受到油污染，影响其分离效率和稳定性。为了改善这一问题，可以采用多种方法，如表面修饰、添加功能材料等。

3.  

通过这些改进策略，可以提高SNFs在油水分离中的性能，拓展其应用范围。

图1 涉及油水分离应用的SNF各种结构和性质。

图2 (a)静电纺丝基本装置示意图。(a)制备静电纺SNF的一般工艺示意图。(c) TMOS和TEOS水解的主要反应。

图3 (a和b) (a)胶体静电纺丝和煅烧过程示意图。(b)多孔SNFs的SEM图像。(c-e) (c)静电纺丝和煅烧制备多孔SNF的方案。(d)多孔SNFs的SEM图像。(e)多孔SNFs的透射电镜图像。(f) SiO₂/TiO₂复合多孔纳米纤维膜制备工艺示意图。(g-i) (g) HMMP-TS-T的形成过程示意图。(h)电纺丝PVP/TiO2/SiO₂复合纤维的高倍率截面SEM图像和SEM图像(插图)。(i)静电纺丝PVP/TiO2/SiO2复合纤维的TEM图像。

图4 (a)制备过程中形貌变化示意图，超疏油SiO₂/PVA膜的制备过程，以及制备过程中化学成分的变化。(b)二氧化硅涂层PVA纳米纤维膜的SEM图像。(c) Cu@C/SiO₂纳米纤维膜的设计、制备和氧化功能示意图。(d,e)逐渐增大放大倍数时Cu@C/SiO₂纳米纤维的SEM图像。(f) SiO₂@γ-AlOOH(薄水铝石)纳米纤维膜的SEM图像。(g)退火CuO-ZnO/SiO₂膜的SEM图像。(h和i) (h) SiO₂/CuO复合膜的SEM图像。(i)单个SiO₂/CuO纳米纤维的TEM图像。

图5 (a和b) (a)合成步骤示意图。(b) SiO₂纳米纤维气凝胶的SEM图像，显示了分层的细胞纤维结构。(c及d) (c)二氧化硅纳米纤维气凝胶的制备示意图。(d) SiO₂纳米纤维气凝胶的SEM图像，显示了分层的纳米纤维细胞结构。(e)二氧化硅纳米纤维气凝胶制备途径示意图。(f) SiO₂纳米纤维气凝胶的SEM图像，显示出多拱形层状结构。

图6 (a)示意图显示了多层纳米纤维膜的制备途径。(b)SiO2/PAN复合膜横断面扫描电镜图像。(c)纯PAN膜和所选SiO₂/PAN膜对无表面活性剂的水包油乳液的渗透通量变化率。(d)照片分别展示了油在纯PAN膜和相关SiO₂/PAN膜表面的粘附和排斥行为。(f) SNB复合膜的SEM图像。插图是展示SNB膜柔韧性的光学照片。(g)水在空气中的动态润湿过程(上)及水下油在SNB膜表面的附着特性。

图7 静电纺丝SNFs的研究进展，从零向三维发展。SNFs的结构逐渐发展为芯鞘、中空、多孔、分层、排列和三维气凝胶。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jcis.2023.09.196