电纺大麻/聚丙烯腈复合纤维膜的制备与染料吸附性能研究

把含染废水变成更洁净的资源

服装为生活增添色彩，但用于染色的化学染料常在工厂产生高度污染的废水和粉尘。本研究探索了一种由大麻与常见工业塑料制成的薄型类织物过滤膜，既能净化染料污染的废水，又能捕捉细小空气颗粒。由于该材料使用可再生的植物原料并采用相对简单的制造方法，它为纺织行业污染管理提供了更可持续的路线。

为什么织物染料难以去除

纺织厂废水是个复杂难处理的混合物：可能温度高、色度强、并富含难降解的化学物质。常用的一种染料亚甲基蓝尤其顽固，若进入河流或饮用水源会危害人体健康。传统的处理方法可能工序复杂或成本高。简单的吸附过滤——利用材料表面抓取并固定污染物——因操作简便、易与现有工厂改造兼容而具有吸引力。作者旨在设计一种不仅能高效捕捉染料，而且由更环保的成分制成、并能应对多种污染的过滤材料。

构建基于植物的高科技过滤膜

研究人员将快速生长、富含纤维素的大麻与聚丙烯腈（PAN）——一种在纺织中常见的强韧稳定的聚合物——结合。首先，他们用基于盐的溶剂对大麻纤维进行预处理并溶解，使纤维素形成均匀溶液。随后将该大麻溶液与PAN溶液混合，通过电纺工艺将混合溶液拉制成超细纤维毡：在高压电场作用下拉出纳米尺度的纤维。通过精细调整如大麻含量、电纺电压、到收集器的距离以及液体输送速率等参数，他们制备出表面光滑、纤维均匀且缺陷少的膜。显微结构观察和力学测试表明，最优参数能得到薄而柔韧、纤维排列良好且强度较好的材料片。

新型膜如何捕捉染料与粉尘

膜制备完成后，团队考察了其结构与化学性质如何促进净化。水滴在膜表面的铺展测试显示，含大麻的膜高度亲水：水滴在两秒内被吸收，这表明染料溶液能迅速渗入。孔隙结构测量显示，与纯聚合物膜相比，加入大麻提高了总体孔隙率，形成了允许水和溶解染料到达更多内部位点的通道网络。化学分析证实，大麻的天然官能团与聚合物的含氮基团混合紧密并发生强相互作用，而不是简单并列。这种紧密混合提高了稳定性并产生更多活性位点，使染料分子更易吸附。在空气过滤测试中，同一膜对细颗粒的去除效率达99.97%，说明其高孔隙率和均匀纤维与优异的捕尘性能相关联。

详细探究净化能力

作者进一步测试了该膜对模拟染料废水的净化效率及其最佳条件。他们改变了染料浓度、温度、接触时间、pH值和大麻含量，并用统计方法找出最高效的组合。约10%大麻、约40–45°C的中等偏高温度、微碱性水体和足够的接触时间，使染料去除率约为95%。通过将数据拟合到常用模型，他们推断染料分子先快速进入孔隙，然后较慢且牢固地与纤维表面结合。该行为符合“化学吸附”的特征，即染料与大麻和聚合物表面的基团形成特定相互作用——例如氢键与正负电荷间的吸引。该过程为自发进行，且在较高温度下稍微更有利；膜的最大染料吸附容量约为76毫克染料/克材料，在与早期报道的类似过滤材料比较中具有竞争性或更优。

对更清洁纺织生产的意义

总体而言，研究表明由大麻与工业聚合物制成的薄片可以作为双功能过滤材料，高效去除水中顽固染料并截留空气中的细颗粒。对非专业读者来说，关键结论是：将可再生植物资源与稳健的合成材料结合，并将它们制成多孔纳米纤维毡，能够产生一种既强效又简便的污染控制工具。尽管当前的测试在受控条件下只使用了单一染料，这一方法为在实际纺织厂中构建更可持续的处理系统提供了有希望的途径——一种滤材即可同时应对多类废弃物处理需求。

引用: Sun, Y., Wang, J., Kong, W. et al. Exploration of electrospinning hemp/polyacrylonitrile composite fiber membrane and dye adsorption capabilities. Sci Rep 16, 7960 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-025-33369-w

关键词: 纺织废水, 染料去除, 大麻纳米纤维, 空气与水过滤, 可持续材料