功能化纳米纤维膜的设计、制备及其在水处理中的应用进展开题报告

1. 研究目的与意义

随着人类社会的不断进步和快速向前，在工业领域的进一步发展，一系列生态问题日趋严重,一系列的污水源源不断的排入河流，海洋，湖泊之中，水污染是全球当今所面临的巨大挑战。因此废水排放也增加,水资源中大量污染物，如染料、农药、重金属等有机和无机物，造成严重的环境污染，严重危害人类社会的生存和发展。为了应对这些大量受污染的水，人们对处理污水技术的需求也在不断增加，从而催生了污水处理新技术^【1】的大力发展。这些方法的目标应是尽量减少使用化学药剂等进去环境中去使之造成二次污染。近年来，受人口增长、社会经济发展和气候变化的影响，全球用水压力急剧增加。据统计调查结果，至2025年全球大约2/3的人口可能会面临水资源短缺的问题。而且，随着农药的广泛使用、工业废水等方面对水质的污染，进一步加大了淡水资源匮乏的问题。因此，研究废水、污水的处理问题已逐渐成为国内外科研人员的研究热点。

目前人类对水污染的处理方法主要可以分为物理方法^【2】、化学方法以及生物方法等。物理方法主要是通过吸附、沉淀、过滤等过程实现污染物与水的分离。最常用的物理吸附剂是活性炭材料^【3】，但是由于活性炭的成本相对较高，无法大规模地被应用到水污染处理工程中。化学方法则主要通过氧化降解^【4】、消毒杀菌等过程去除淡水中的污染杂质。最普遍的化学氧化剂是氯，它能有效提高有机物的去除效率，但是过高的剂量则会产生氯化消毒副产物，具有致癌性^【5】。生物方法^【6】一般是指通过微生物的作用将废水、污水中的有害或有毒物质进行转化或转移，进而达到净化水质的目的。在以上提及的水处理方法基础上，低能耗的膜分离技术越来越受到人们的广泛关注，膜分离技术^【7】具有以下优点：（1）所需的能量消耗低，可节约能源；（2）可与其他水处理流程完美结合；（3）操作条件温和，适应能力强；（4）便于回收，对水的副作用小。根据膜分离过程和所用分离膜的种类不同，可将膜分离技术分为以下几类：微滤、超滤、纳滤、反渗透、正向渗透、压力延迟渗透、膜蒸馏和电渗析^【8】。

关于膜的制备技术方法有很多，分类也各不相同。利用纳米纤维制备的膜^【9】，具有大孔径、高孔隙率的特性，纳米纤维膜过滤的巨大的表面积、多孔结构、易于孔径/孔径分布、多种材料选择以及与其他功能材料改性的灵活性，是一种很有前途的废水修复技术。在物料分离、环境污染治理等领域表现出良好的应用潜力。而在各类方法中，利用静电纺丝技术^【10】制备的纳米纤维膜，具有孔径小、比表面积高、纤维均一性^【10】好、孔隙率高以及表面粗糙度^【11】高等优点，可以起到协同转化^【12】和降解分离^【13】废水、污水中杂质的作用，在进行废水、污水的处理过程中有着得天独厚的优势，从而被广泛地运用在不同的水污染处理领域。

2. 研究内容与预期目标

（1）根据纳米纤维膜性质对其分类、制备方法进行概述，并且根据其性质分析不同纤维膜在处理受污染水体优缺点和缺点，以及制备方法的不同，归纳并总结每种纳米纤维膜所适用于不同污水的处理。

（2）对静电纺丝纳米纤维膜优缺点进行系统分析，深入了解并概述静电纺丝纳米纤维膜的特点，制备方法以及对传统的纳米纤维膜进行对比，探究静电纺丝纳米纤维膜对应污水处理中的优势。

（3）结合纳米纤维膜发展，对静电纺丝纳米纤维膜的功能化进行分析，结合水处理领域的相关需求，归纳、总结对静电纺丝纳米纤维膜的功能化改性方法、过程。并对功能化纤维膜进行分类。

3. 研究方法与步骤

通过查阅相关文献，收集纳米纤维膜相关的资料，全面分析纳米纤维膜的特点，性质，原理以及纳米纤维膜的现状，从而全面客观地总结归纳出对于水处理的应用。

（2）查阅有关静电纺丝纳米纤维膜的相关文献，掌握静电纺丝纳米纤维膜于其他纳米纤维膜的区别，做出分类并用图表进行比较，比较其在处理污水中的特点和处理程度。

（3）查阅有功能化静电纺丝纳米纤维膜的文献，全面了解静电纺丝纳米纤维的功能化的研究目的，找出静电纺丝功能化纳米纤维膜的制备方法，机理以及在污水处理中起到什么作用进行分类比较。

4. 参考文献

[1] eslam ibrahim el-aswar , hassan ramadan , hussin elkik ，ahmed g.taha. journal of environmental management 301 (2022)113908

[2] atikah mohd nasirr，nuha awang , juhana jaafar ,ahmad fauzi ismail ,mohd hafiz dzarfan othman , mukhlis a.rahman , farhana aziz , muhamad azizi mat yajid .journal of water process engineering 40 (2021)101878

[3] nur syakinah abd halim , mohd dzul hakim wirzal , shafiq mohd hizam ,muhammad roil bilad , nik abdul hadi md nordin, nonni soraya sambudi ,zulfan adi putra , abdull rahim mohd yusoff journal of environmental chemical engineering 9 (2021)104613

5. 工作计划

（1）2022.1.10-3.08，查阅和研究文献资料，完成英文翻译；

（2）3.09-3.27，撰写开题报告，构思论文框架，进行开题；

（3）3.28-5.10，开展论文研究，完成论文的数据搜集和各项分析，分组ppt报告研究计划和进度；