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淡水资源短缺一直是全球大多数国家面临的一个严重问题，其中水污染是导致可利用水资源减少的重要原因。膜分离技术是一种简单、高效和方便的处理手段，而水中污染物的多样化导致对新型膜材料的需求也是越来越高，其中高分子纳米纤维膜材料因其巨大的比表面积和高的孔隙率而广受关注。同时，氧化石墨烯（GO）和聚多巴胺（PDA）具有超高的比表面积，其大分子表面具有大量的活性基团，作为一种新型吸附材料，被广泛应用于染料和重金属的吸附以及油水分离等领域。
基于此，本论文以聚丙烯腈（PAN）作为膜基材，采用静电纺丝技术和喷雾沉积技术，制备共轭混纺结构、三明治结构、表面覆盖结构三种不同结构的复合膜以及 PAN/GO、PAN/PDA、PAN/PDA/GO不同组分的纳米纤维复合膜，通过扫描电子显微镜（SEM）、傅立叶红外光谱（FTIR）和 X 射线电子能谱（XPS）分析等现代分析测试手段对复合膜进行分析表征，初步探讨了多级结构纳米纤维复合膜在水体净化中的应用。本论文主要研究内容如下：
（1）纳米纤维复合膜的制备及其表征：采用静电纺丝技术和喷雾沉积技术制备了不同组分的 PAN/PDA/GO 和不同结构的多级结构纳米纤维复合膜。采用SEM、FTIR、XPS和滴水测试分别研究了复合膜的表面形貌、理化性能和亲疏水性能。研究结果表明：对于共轭混纺结构的纳米纤维膜，发现GO片层零散地分散在PAN纳米纤维之间，被纤维层层交错固定，形成疏松、贯穿的三维网络结构；对于表面覆盖型结构的纳米纤维膜，发现GO片层紧密地覆盖在PAN纳米纤维膜表面；对于三明治结构的纳米纤维膜，发现GO片层作为三明治的夹芯层在PAN纳米纤维膜之间，形成三明治结构。XPS对膜表面元素进行分析表明复合膜的C、O元素峰值增加而N元素峰值减少，是因为复合膜表面PAN纤维被沉积的GO和PDA覆盖所致。FTIR对膜表面的官能团分析，表明复合膜的波谱上出现了 GO 或者 PDA上特有的官能团波峰，以上分析表明不同组分和不同结构纳米纤维膜的成功制备。滴水实验测试表明 GO 含量越多或者膜表面空隙越多，膜的亲水性越好。随着复合膜的功能组分的增加，通量逐渐下降，当GO 含量为 1.25 wt.%时，在压力为 0.01 bar 条件下纯水通量为 500 L/m2·h，而GO含量为6.25 wt.%时，膜通量降低到170 L/m2·h。
（2）不同组分纳米纤维复合膜在水体净化中的应用及其机理研究：采用不同GO和PDA含量的PAN/GO、PAN/PDA、PAN/PDA/GO复合膜对染料和重金属离子进行动态和静态吸附试验，研究不同组分的纳米纤维膜对染料和重金属离子的吸附性能和吸附机理。研究结果表明：GO含量越高，复合膜对孔雀石绿的截留率越高，空白膜的截留率从初始的99%降到55%，而含有6.25 wt.% GO的复合膜对孔雀石绿的截留率从初始的 99%只降到 96%，表现出对染料较高的截留率；静态吸附实验表明：GO含量为6.25 wt.%的复合膜对孔雀石绿的吸附量达到22.0 mg/g，远高于空白膜的吸附量8.0 mg/g。PAN/PDA复合膜对染料静态吸附实验表明：复合膜对染料刚果红、亚甲基蓝、亨斯迈 SE 红的去除效率分别为 77%、89.5%和 45.2%，均比空白对照的纯PAN膜的去除效率高出43%以上，但是对于孔雀石绿的吸附不明显。PAN/PDA/GO复合膜对染料和重金属的静态吸附实验表明：PDA 的含量越高，去除率越高，最高去除率达到 97%。对于重金属铜离子的吸附量达到22.0 mg/g，结果表明：PDA含量越高、吸附量越高。初步探讨了染料和重金属离子的吸附机理：GO 或 PDA 的苯环结构或者活性基团通过静电作用、π-π作用、氢键作用或者路易斯酸和染料分子相互协同作用，使染料得以去除。GO 和 PDA 通过络合作用、静电作用或者离子交换作用与铜离子发生反应，从而将铜离子吸附去除。
（3）不同结构的纳米纤维复合膜在水体净化中的应用及其机理研究：采用静电纺丝技术制备了三种不同结构的纳米纤维复合膜：共轭混纺结构、三明治结构和表面覆盖结构。采用不同结构的复合膜对染料溶液进行动态和静态吸附实验，评价不同结构对染料的吸附性能，同时研究其吸附机理。动态吸附实验研究表明：三明治结构复合膜的截留率为98%，要高于共轭混纺结构的96.3%和表面覆盖结构的95%；静态吸附实验表明：表面覆盖型结构的纳米纤维复合膜对孔雀石绿的去除率在98.5%，高于三明治结构的90.3%和共轭混纺结构的90.0%。复合膜上的GO表面的活性基团与染料分子通过π-π作用、静电作用、氢键作用或路易斯酸作用，从而将染料吸附或截留。
基于此，本论文以聚丙烯腈（PAN）作为膜基材，采用静电纺丝技术和喷雾沉积技术，制备共轭混纺结构、三明治结构、表面覆盖结构三种不同结构的复合膜以及 PAN/GO、PAN/PDA、PAN/PDA/GO不同组分的纳米纤维复合膜，通过扫描电子显微镜（SEM）、傅立叶红外光谱（FTIR）和 X 射线电子能谱（XPS）分析等现代分析测试手段对复合膜进行分析表征，初步探讨了多级结构纳米纤维复合膜在水体净化中的应用。本论文主要研究内容如下：
（1）纳米纤维复合膜的制备及其表征：采用静电纺丝技术和喷雾沉积技术制备了不同组分的 PAN/PDA/GO 和不同结构的多级结构纳米纤维复合膜。采用SEM、FTIR、XPS和滴水测试分别研究了复合膜的表面形貌、理化性能和亲疏水性能。研究结果表明：对于共轭混纺结构的纳米纤维膜，发现GO片层零散地分散在PAN纳米纤维之间，被纤维层层交错固定，形成疏松、贯穿的三维网络结构；对于表面覆盖型结构的纳米纤维膜，发现GO片层紧密地覆盖在PAN纳米纤维膜表面；对于三明治结构的纳米纤维膜，发现GO片层作为三明治的夹芯层在PAN纳米纤维膜之间，形成三明治结构。XPS对膜表面元素进行分析表明复合膜的C、O元素峰值增加而N元素峰值减少，是因为复合膜表面PAN纤维被沉积的GO和PDA覆盖所致。FTIR对膜表面的官能团分析，表明复合膜的波谱上出现了 GO 或者 PDA上特有的官能团波峰，以上分析表明不同组分和不同结构纳米纤维膜的成功制备。滴水实验测试表明 GO 含量越多或者膜表面空隙越多，膜的亲水性越好。随着复合膜的功能组分的增加，通量逐渐下降，当GO 含量为 1.25 wt.%时，在压力为 0.01 bar 条件下纯水通量为 500 L/m2·h，而GO含量为6.25 wt.%时，膜通量降低到170 L/m2·h。
（2）不同组分纳米纤维复合膜在水体净化中的应用及其机理研究：采用不同GO和PDA含量的PAN/GO、PAN/PDA、PAN/PDA/GO复合膜对染料和重金属离子进行动态和静态吸附试验，研究不同组分的纳米纤维膜对染料和重金属离子的吸附性能和吸附机理。研究结果表明：GO含量越高，复合膜对孔雀石绿的截留率越高，空白膜的截留率从初始的99%降到55%，而含有6.25 wt.% GO的复合膜对孔雀石绿的截留率从初始的 99%只降到 96%，表现出对染料较高的截留率；静态吸附实验表明：GO含量为6.25 wt.%的复合膜对孔雀石绿的吸附量达到22.0 mg/g，远高于空白膜的吸附量8.0 mg/g。PAN/PDA复合膜对染料静态吸附实验表明：复合膜对染料刚果红、亚甲基蓝、亨斯迈 SE 红的去除效率分别为 77%、89.5%和 45.2%，均比空白对照的纯PAN膜的去除效率高出43%以上，但是对于孔雀石绿的吸附不明显。PAN/PDA/GO复合膜对染料和重金属的静态吸附实验表明：PDA 的含量越高，去除率越高，最高去除率达到 97%。对于重金属铜离子的吸附量达到22.0 mg/g，结果表明：PDA含量越高、吸附量越高。初步探讨了染料和重金属离子的吸附机理：GO 或 PDA 的苯环结构或者活性基团通过静电作用、π-π作用、氢键作用或者路易斯酸和染料分子相互协同作用，使染料得以去除。GO 和 PDA 通过络合作用、静电作用或者离子交换作用与铜离子发生反应，从而将铜离子吸附去除。
（3）不同结构的纳米纤维复合膜在水体净化中的应用及其机理研究：采用静电纺丝技术制备了三种不同结构的纳米纤维复合膜：共轭混纺结构、三明治结构和表面覆盖结构。采用不同结构的复合膜对染料溶液进行动态和静态吸附实验，评价不同结构对染料的吸附性能，同时研究其吸附机理。动态吸附实验研究表明：三明治结构复合膜的截留率为98%，要高于共轭混纺结构的96.3%和表面覆盖结构的95%；静态吸附实验表明：表面覆盖型结构的纳米纤维复合膜对孔雀石绿的去除率在98.5%，高于三明治结构的90.3%和共轭混纺结构的90.0%。复合膜上的GO表面的活性基团与染料分子通过π-π作用、静电作用、氢键作用或路易斯酸作用，从而将染料吸附或截留。