导读：
近期，南京工业大学陈苏教授团队采用微流控静电纺丝技术高效制备了GO-PDA/热塑性聚氨酯（GO-PDA/TPU）复合纤维膜，该膜对阳离子染料具有选择性吸附和分离能力，对单一和混合染料溶液的去除效率高达99%，并且具有优异的耐用性和可重复使用性，有望在废水净化中实际应用。相关研究以“Graphene oxide-polydopamine loaded uniform fibrous membranes via robust multi-channel microfluidic-electrospinning method”为题目，发表在期刊《Separation and Purification Technology》上。
本文要点：
1、本研究通过微流控技术合成了氧化石墨烯-多巴胺（GO-PDA），并利用微流控电纺丝法制备了GO-PDA/热塑性聚氨酯（TPU）复合纤维膜，以高效去除废水中的染料。
2、结果表明，GO-PDA不仅提高了复合膜的机械强度和亲水性，还增强了其对阳离子染料的吸附和分离能力，去除效率高达99%。
3、此外，该膜在连续循环使用中仍保持高吸附率（>95%），显示出优异的耐久性和可重复使用性。
4、该工作提出了一种高效的GO-PDA/TPU复合纤维膜来选择性吸附阳离子染料，这对于废水净化具有重要意义。
传统制备氧化石墨烯-聚多巴胺（GO-PDA）及其复合膜的方法所面临的挑战包括：
传统方法在制备GO-PDA及其复合纤维膜时，存在耗时且操作复杂的缺点。
传统方法中，GO容易形成团聚体，这增加了膜的传输阻力，显著降低了孔径，导致通量下降。
在水分子的作用下，GO层之间的氢键和π-π相互作用可能会减弱，导致GO容易从聚合物上脱落，从而降低了吸附容量和长期可用性。
使用微流控技术合成GO-PDA的优势主要包括以下几点：
1、精确控制反应条件：微流控技术基于微芯片设计，能够实现对反应条件的精确控制，包括流速、温度和反应时间等，从而保证了合成产品的均匀性和质量的一致性。
2、快速合成：微流控技术可以在微小的通道中快速完成混合和反应过程，显著提高了GO-PDA的合成效率，缩短了反应时间。
3、操作简便：与传统的过滤和浸渍方法相比，微流控技术可以实现一步法合成GO-PDA，简化了操作步骤，减少了工艺复杂性。
4、高通量生产：通过设计多通道的微流控芯片，可以同时进行多个反应，大大提高了生产效率，适合大规模生产。
5、功能性和稳定性：微流控技术合成的GO-PDA展现出更好的功能性，例如改善了机械强度和亲水性，同时保持了良好的分散性和稳定性，这对于制备高性能的复合纤维膜和其他应用至关重要。
图1.（a）GO的SEM图像和（c）TEM图像。（d,e）GO-PDA的SEM图像和（f）TEM图像。（g-i）GO-PDA中C、O、N元素的EDS映射。（j）GO和（k）GO-PDA的AFM图像。（l）GO、PDA和GO-PDA的接触角图像。
图2.（a）GO、PDA和GO-PDA的XRD图谱、（b）拉曼光谱和（c）FT-IR光谱。（d）GO和GO-PDA的TGA曲线、（e）DTG曲线和（f）UV-Vis光谱。
图3.（a）GO和GO-PDA的高分辨率XPS光谱。GO的（b）C 1s和（d）O 1s的XPS光谱。GO-PDA的（c）C 1s、（e）O 1s和（f）N 1s的XPS光谱。
图4.（a）TPU以及（b-d）GO-PDA含量为1%、3%和5wt%的GO-PDA/TPU纤维膜的SEM图像和尺寸分布。（e）TPU、GO-PDA和GO-PDA/TPU的XRD图谱、（f）拉曼光谱和（g）FT-IR光谱。
图5.展示了GO-PDA/TPU纤维膜的亲水性、热稳定性、机械性能和孔隙结构。（a）不同GO-PDA含量的GO-PDA/TPU纤维膜的水接触角。（b）不同GO-PDA含量的GO-PDA/TPU纤维膜的应力-应变曲线。（c）不同GO-PDA含量的GO-PDA/TPU纤维膜的氮气吸附-脱附曲线。（d）不同GO-PDA含量的GO-PDA/TPU纤维膜的孔径分布。
图6.展示了GO-PDA/TPU纤维膜对染料吸附和分离能力的评估。（a）GO-PDA/TPU纤维膜对阳离子和阴离子染料吸附和分离机制的示意图。（b）不同GO-PDA含量的GO-PDA/TPU纤维膜对多种染料溶液的去除效率。（c-g）纯TPU和GO-PDA/TPU纤维膜过滤前后MO、MB、MG、CR和CV溶液的UV-Vis吸收光谱。
图7.展示了GO-PDA/TPU纤维膜对混合染料选择性吸附能力的评估。（a-e）纯TPU和GO-PDA/TPU纤维膜过滤前后MO/MB、MO/MG、MO/CR和MO/CV混合染料溶液的UV-Vis吸收光谱。（f-h）纯TPU和GO-PDA/TPU纤维膜过滤前后MB/MG、MB/CR和MB/CV混合染料溶液的UV-Vis吸收光谱。（i）不同GO-PDA含量的GO-PDA/TPU纤维膜对MB/MG、MB/CR和MB/CV混合染料溶液的吸附能力。
图8.（a）纯TPU和不同GO-PDA含量的GO-PDA/TPU纤维膜的纯水通量。（b-d）GO-PDA/TPU纤维膜在MG、CR和CV溶液中的循环稳定性。（e）GO-PDA/TPU纤维膜在酸性和碱性溶液中的长期稳定性。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.seppur.2024.130014
