一、研究背景

水污染是近年来由于过度拥挤、城市化、各种工业和人类活动的增加、垃圾填埋场、采矿活动和城市废水的增长而浮出水面的众多环境问题之一。每天大量的各种有毒污染物排放到水资源中，造成了日益严重的水污染问题，污染了水体，破坏了环境。因此，供水受到各种污染物的污染，包括油、微生物、病毒、制药废物、有机和无机污染物以及纳米颗粒。染料和重金属离子被认为是主要的水污染物。由于没有足够的水源，水污染是目前最重要的世界性问题之一。到2025年，全球约有35亿人将面临淡水短缺。因此，研究人员正在努力创造可持续的、负担得起的、可替代的解决方案来处理或回收废水。

纺织业的特殊情况令人担忧。该行业是废水的主要贡献者之一，因为在这个过程的不同部分消耗了大量的水。据估计，纺织工业每加工一公斤织物消耗约200升的水，这些过程产生的工业废水约占工业废水总量的17%至20%。在湿织物加工工业中，加工操作包括煮练、漂白、染色、印花和整理等步骤，这些步骤会在废水中产生不同的污染物。流出废水可能含有碱、活性染料和其他有机化合物、过氧化氢、表面活性剂或金属离子等化学物质。据估计，每年大约有100吨染料被排放到饮用水中。因此，各种处理方法，包括物理（吸附和过滤）、氧化（臭氧、H2O2或芬顿法）、生物（真菌、藻类或细菌）和混合处理方法，已被开发出来，以有效地处理纺织废水，以避免上述污染物的排放。然而，在回收、降低成本和提高可持续性方面，许多创新技术正在出现，以优化和改进当前的方法。

近年来，纳米技术和纳米材料科学受到了广泛的关注，其重点是生产具有特定特性的纳米材料以用于一系列水净化应用。在目前可用的所有纳米结构材料中，纳米纤维已被证明具有独特的品质和特性，使它们能够克服传统纤维结构的限制。生产这些纳米材料的最重要的方法之一是静电纺丝。这是一种复杂的方法，用于制造从微到纳米尺度的连续纤维。此外，它是一种适应性强的方法，适用于各种可纺材料，精度高，可控，具有优异的成本效益比。通常，通过在收集器和充满聚合物溶液的注射器之间的预定距离上施加静电力来产生足以克服聚合物材料表面张力的电场。结果，聚合物溶液转化为纤维结构，沉积在收集器上，形成具有良好机械质量、高表面积、低重量连接多孔结构和高孔隙率的无纺布垫。为了定制特定应用的纳米纤维垫，可以在静电纺丝溶液中添加功能添加剂，如表面涂层、界面聚合（IP）或活性物质。这些改性技术为电纺丝纳米纤维的不同应用提供了强大的优势，例如水净化。

利用静电纺丝设备制造纳米纤维结构在废水处理中显示出巨大的前景，因为它具有从水系统中消除有机和无机污染物的优势。这些结构的上述优越特性和静电纺丝工艺的可调性使静电纺丝纳米结构成为污水处理的一个有前途的途径。此外，通过采用这种尖端的方法和可扩展的生产过程，社会可以减少对传统净化技术的依赖，并减少这些技术消耗的资源和能源。

尽管有一些关于各种材料和技术的水净化方法的报道，但由静电纺丝技术获得的不同类型的纳米纤维在水净化系统中的应用相当有限。本文讨论了过滤静电纺结构在纺织废水处理中的潜力。综述了静电纺丝工艺及其工艺参数。综述了静电纺丝获得的过滤结构的报道，总结了该领域的局限性。

二、摘要

水安全和工业废水处理是全球关注的重要问题。环境污染的主要问题之一是纺织和染料工业排放的染料废水，这导致了日益严重的水污染、供水中毒和生态系统破坏问题。传统的废水处理方法效率低下，生物吸附技术和机制已被证明是传统方法的成功替代。最近的发展使人们认识到纤维材料是一种环保的选择，在包括废水处理在内的几个行业中有着广泛的应用。这篇综述探讨了静电纺丝技术生产的纤维材料作为废水处理吸附剂的潜力，同时，在去除吸附物如油、染料、重金属和其他物质方面，文献中有报道。综述了静电纺丝法生产的纺织废水过滤结构，并讨论了合成聚合物和天然聚合物在纺织废水过滤结构中的应用。并指出了静电纺废水过滤结构的局限性。通过静电纺丝设备制备纳米纤维膜是一种很有前途的过滤纺织废水的方法，因此有助于水的再利用和减少水道的污染。

三、结论

很长一段时间以来，获得安全饮用水一直是世界各地的一个严重问题。目前，污染的主要来源之一是纺织印染废水。在传统技术中使用生物、物理和化学方法的各种组合来处理纺织废水；然而，这些方法需要大量的资金和运营费用。膜基技术为大规模环境可持续处理工艺提供了最佳替代方案之一。在这方面，纳米纤维给水过滤问题提供了一个新的维度。这些纳米纤维具有诸如大表面积、强度和理想孔径等优点。制造纳米纤维的一种更简单、更实用的方法是静电纺丝，它允许我们调整纳米纤维的孔径。在过去的几十年里，静电纺纳米纤维膜领域取得了无数的进展。从目前的发展和应用来看，纳米纤维膜在水和废水处理方面具有不可思议的前景。这项技术提供了大量具有独特特性的纳米材料，如生态友好性、可降解性、可再生性、无毒性、机械和热性能，以及它们的可用性、长期耐久性和成本效益。

本文总结了影响电纺纳米纤维物理特性和功能性能的工艺变量，包括大表面积、粗糙度、孔隙率和表面化学性质（亲疏水性），为提高电纺纳米纤维在水和废水净化中的效果提供了途径。本文讨论了电纺纳米纤维在水净化方面的最新研究进展。过滤应用中最有效的复合纳米纤维包括静电纺PAN、PVA、PVP和CA纳米纤维。从天然资源中提取的其他天然聚合物，如壳聚糖或海藻酸盐的使用是一个不断发展的领域。基于这些聚合物的电纺丝纳米纤维膜已经被证明是几种金属离子和染料的强大吸附剂，是合成聚合物在纺织废水过滤结构开发中的一个有前途的替代品。

尽管电纺丝纳米纤维膜有其优点，但也不是没有局限性。这些问题包括纳米级选择性不足、机械缺陷、使用材料的高成本和可及性、设备（包括维护）和专业操作人员。同样重要的是要注意，静电纺纳米纤维膜的有效性受到几个制备和加工因素的影响，例如室温和湿度。另一个限制是缺乏大规模的研究。由于纺织废水成分的可变性，电纺膜系统在纺织废水处理中的应用是困难的，这限制了全面的研究。对报告的稀少的中试规模案例的经济分析是不够的，必须进一步研究这类材料在实际案例中的应用。为了开发可负担得起的工业规模的模块和有效的电纺纳米纤维膜用于水处理，研究机构和工业企业必须共同努力克服许多障碍。纳米纤维静电纺丝膜在制备和运行过程中的技术限制，如膜的稳定性和机械弱点，应该是未来研究的主题。未来的工作需要解决可扩展性问题，需要学者和业界共同努力。在试验规模的报告中需要进行经济和技术分析，并应考虑所开发的方法和技术对环境的影响。天然纤维的使用在开发更可持续的水过滤方法方面起着至关重要的作用。回收利用的不仅是纺织废料，还有天然（海洋、农业等）废料，都有助于以循环方式发展水处理技术。

总之，静电纺丝技术在水处理技术中的应用为有效净化纺织废水提供了大量的机会，为该行业提供了一个更清洁、更可持续的未来。事实上，静电纺丝膜在处理难处理污染水方面具有光明的前景，有望发挥重要作用。

图1.静电纺丝设备示意图

图2.总聚合物百分比为(a) 2.5% （m/m）的PEO和海藻酸盐纳米纤维的FESEM图像；(B) 3.5% (m/m)；(C) 4.5% (m/m)，使用分子量为2mda的PEO，比例为15% （m/m）