由于纺织印染、造纸和印刷工业的快速发展，染料污染不仅带来了严重的环境问题，还严重威胁人类健康。因此，人们一直致力于开发新材料和技术去除废水中的染料物质。其中，纳米纤维膜由于孔隙率高、比表面积大等优点，展示出了在膜分离、污水处理等领域的潜在应用，目前在构建纳米纤维膜的众多方法中，静电纺丝技术作为一种可灵活调控纤维微形貌的纺丝手段，引起了人们的日益关注。然而，传统的静电纺丝技术在宏量制备纳米纤维膜方面却存在局限性，同时，由于纺丝过程中电场分布不均容易导致纳米纤维的分布均匀性较差，从而严重影响其在染料分离方面的应用效果。因此，如何从纺丝技术角度出发，开发出既能宏量构建纳米纤维膜，又可提升纳米纤维分布均匀性，同时耦合功能性纳米粒子，以实现高效染料分离功能的复合纳米纤维膜，是极具挑战性的关键科学问题。
针对上述问题，南京工业大学化工学院、材料化学工程国家重点实验室陈苏教授团队通过将微流控技术与传统的静电纺丝技术结合，设计具有四通道的微流控芯片，可实现纳米纤维膜的宏量高效制备，极大提升了纺丝效率。首先利用微流控芯片原位合成了具有均匀性的氧化石墨烯-聚多巴胺 （GO-PDA）材料，然后借助微流控多通道静电纺丝设备（南京捷纳思新材料有限公司提供）高效制备了 GO-PDA/热塑性聚氨酯 （GO-PDA/TPU） 复合纤维膜。有趣的是，GO-PDA 不仅提高了复合纤维膜的机械强度和亲水性，而且赋予了该膜对单一和混合染料的高效吸附和分离能力。研究证明，GO-PDA/TPU 复合纤维膜对阳离子染料表现出选择性，其中去除效率高达 99 wt%。此外，纤维膜可以连续和循环利用，在 5 次回收后仍保持高吸附率 （>95 wt%），具有出色的耐用性和可重用性。该成果具有以下优点： (1)设计了特定的微流控芯片来精确控制GO和DA的反应，实现了一步法快速合成产品，且产品的均匀性极佳。(2)采用微流控静电纺丝技术制备GO-PDA/TPU复合纤维膜，借助四通道微流控芯片，可使纺丝效率提升4倍以上。(3)GO-PDA 不仅提高了复合纤维膜的机械强度和亲水性，还使其具有电负性，从而实现了染料的选择性吸附和分离。这项工作提供了一种通过微流控技术简便高效地合成 GO-PDA 和 GO-PDA/TPU 复合纤维膜的策略，将推动染料吸附分离膜在废水净化领域的发展。该研究成果于近日发表在国际重要刊物《Separation and Purification Technology》上。（Graphene oxide-polydopamine loaded uniform fibrous membranes via robust multi-channel microfluidic-electrospinning method, Separation and Purification Technology. 2024, 文章链接：https://doi.org/10.1016/j.seppur.2024.130014），南京工业大学硕士研究生陆家乐第一作者。南京工业大学陈苏教授、李国星博士后为共同通讯人。该课题得到了国家自然科学基金项目、江苏省高等学校重点学科建设项目、江苏省自然科学基金等基金的资助和支持，这也充分体现了微流控纺丝技术中芯片在纺丝化学的魅力与强大功效。
图1.(a) 微流控芯片中 GO-PDA 的制造示意图。(b) 通过四通道芯片的微流体静电纺丝高效生产 GO-PDA/TPU 复合纤维膜的示意图。(c) GO-PDA/TPU纤维膜对阳离子和阴离子染料的吸附和分离机理示意图。图2. (a, b) GO 的 SEM 图像和 (c) TEM 图像。(d、e）GO-PDA 的扫描电镜图像和（f）TEM 图像。(g-i）GO-PDA 中 C、O、N 元素的 EDS 图谱。(j) GO 和 (k) GO-PDA 的AFM图像。(l) GO、PDA 和 GO-PDA 的接触角图像。图3. (a) GO、PDA 和 GO-PDA 的 XRD 图谱、(b) 拉曼光谱和 (c) 傅立叶变换红外光谱。(d) GO 和 GO-PDA 的 TGA 曲线、DTG 曲线和 UV-Vis 光谱。图4. (a) GO 和 GO-PDA 的高分辨率 XPS 光谱。GO (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5. (a) TPU和(b-d)GO-PDA/TPU（GO-PDA 含量分别为 1%、3% 和 5 wt%）的SEM图像和尺寸分布。(e) TPU、GO-PDA 和 GO-PDA/TPU 的 XRD 图、(f) 拉曼光谱和 (g) 傅立叶变换红外光谱。图6. (a) 不同 GO-PDA 含量的 GO-PDA/TPU 纤维膜的水接触角和 (b) 应力-应变曲线。(c) 不同 GO-PDA 含量的 GO-PDA/TPU 纤维膜的氮吸附曲线和孔径分布。图7. (a) GO-PDA/TPU 纤维膜对阳离子和阴离子染料的吸附和分离机理示意图。(b) TPU和不同 GO-PDA 含量的 GO-PDA/TPU 纤维膜对 MO、MB、MG、CR 和 CV 染料溶液的去除率。(c-g）MO、MB、MG、CR 和 CV 溶液在通过纯 TPU 和 GO-PDA/TPU 膜过滤前后的紫外可见吸收光谱（插图：染料溶液在过滤前后的颜色）。图8. (a-d）MO/MB、MO/MG、MO/CR 和 MO/CV 混合染料溶液通过纯 TPU 和 GO-PDA/TPU 膜过滤前后的紫外可见吸收光谱（插图：染料溶液过滤前后的颜色）。(e）TPU和 GO-PDA/TPU 膜对 MO/MB、MO/MG、MO/CR 和 MO/CV 混合染料溶液的吸附能力。(f-h）MB/MG、MB/CR 和 MB/CV 混合染料溶液在通过纯 TPU 和 GO-PDA/TPU 膜过滤前后的紫外可见吸收光谱（插图：染料溶液在过滤前后的颜色）。(i) TPU和 GO-PDA/TPU 膜对 MB/MG、MB/CR 和 MB/CV 混合染料溶液的吸附能力。图9. (a) TPU和 GO-PDA/TPU 膜的纯水通量。(b-d) GO-PDA/TPU 膜在 (b) MG、(c) CR 和 (d) CV 溶液中的循环稳定性。 (e) GO-PDA/TPU 膜在酸性溶液（pH=2）和碱性溶液（pH=10）中的长期稳定性。图10. 微流控多通道静电纺丝机（南京捷纳思新材料有限公司与南京贝耳时代科技有限公司联合研制）声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！
