麻/聚丙烯腈（PAN）复合纤维膜的静电纺丝及其染料吸附性能的研究
将受污染的染料废水转化为更清洁的资源
衣物为我们的生活增添色彩，但用于制造鲜艳织物的染料，往往在工厂中会产生高污染的废水和粉尘。本研究探讨了一种类似织物的薄型过滤材料：由麻和常见工业塑料制成。在净化含染料废水的同时，能够捕集微细悬浮颗粒的可能性。由于采用了可再生的植物来源材料，并且可通过相对简单的制造方法制备，该研究为将纺织行业的污染治理引向更加可持续的方向提供了新的思路。
为什么织物染料难以去除
纺织工厂产生的废水是一种处理难度较高的复杂混合物：其温度较高、着色强烈，并含有大量难以分解的化学物质。其中，应用广泛的染料之一—亚甲基蓝，尤为顽固，一旦进入河流或饮用水系统，可能对人体健康造成危害。传统处理方法通常流程复杂且成本较高。相比之下，通过表面吸附并固定污染物的简易吸附型过滤材料，因其操作简便且易于集成到现有系统中而更具吸引力。本研究旨在设计一种不仅能高效捕捉染料，还采用环境负荷更低的材料制成，并可应对多种污染物的过滤系统。
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构建植物来源的高性能过滤材料
研究人员将富含纤维素、且生长迅速的农作物——麻，与在纺织领域已广泛应用、具有优异强度和稳定性的高分子材料聚丙烯腈（PAN）相结合。首先，利用盐系溶剂对麻纤维进行预处理和溶解，使纤维素转化为均一的溶液。随后，将该麻溶液与PAN溶液混合，通过静电纺丝技术，在高电压电场作用下拉伸形成纳米级超细纤维，并沉积为无纺膜状结构。通过对麻的含量、纺丝电压、收集距离以及溶液供给速度等参数进行精细调控，成功制备出纤维表面光滑、结构均一且缺陷较少的膜材料。显微结构观察与力学性能测试表明，在优化条件下，可获得纤维排列良好、同时具备足够强度的薄型柔性膜。
新型膜材料捕获染料与粉尘的机理
在制备出该过滤膜后，研究进一步探讨了其结构与化学组成在净化过程中的作用机制。通过测定水滴在膜表面的铺展行为发现，含麻膜表现出更强的亲水性，水滴可在2秒内迅速渗透，说明染料溶液能够快速进入膜内部结构。孔结构分析显示，与纯聚合物膜相比，引入麻后整体孔隙率显著提高，形成了有利于水和溶解染料进入的多通道网络，使其能够接触更多内部吸附位点。化学表征结果表明，麻中的天然官能团与PAN中的含氮基团不仅共存，而且实现了良好的混合与强相互作用。这种紧密结合不仅提高了材料的结构稳定性，还增加了有利于染料分子吸附的活性位点。
此外，在空气过滤测试中，该膜对微粒的去除效率可达99.97%，说明其高孔隙率与均匀的纤维结构同样赋予了优异的粉尘捕集能力。
图2
深入探究净化性能
随后，研究对该膜在模拟染料废水中的净化效果及其最佳条件进行了评估。通过改变染料浓度、温度、接触时间、pH值以及麻的含量，并结合统计分析方法，确定了最优参数组合。结果表明，在麻含量约为10%、温度略高（约40–45°C）、溶液呈弱碱性且具备充分接触时间的条件下，染料去除率可达到约95%。
将实验数据拟合到标准吸附模型后发现，染料分子首先快速扩散进入膜的孔隙内部，随后在纤维表面发生较慢但更为牢固的结合。这种行为符合典型的“化学吸附”机制，即染料分子通过氢键、静电作用等特定相互作用与麻和聚合物中的官能团结合。整个过程具有自发性，且在较高温度下略微更有利。该膜的最大吸附容量约为每克材料吸附76毫克染料，与现有同类过滤材料相比具有竞争力甚至更优。
对更清洁纺织生产的启示
总体而言，本研究表明，由麻与工业聚合物构成的薄膜可作为一种兼具双重功能的过滤材料，既能高效去除水中的顽固染料，也能捕集空气中的微细颗粒。对于非专业读者而言，其核心意义在于：通过将可再生植物资源与高性能合成材料相结合，并制备成多孔纳米纤维结构，可以获得一种结构简单却功能强大的污染控制材料。
尽管本研究是在单一染料和受控条件下进行的，但这一方法为在实际纺织工业中构建更加可持续的废水处理系统提供了有前景的思路，并显示出利用单一过滤材料同时应对多种污染物的潜力。
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
原文出处：麻/ポリアクリロニトリル複合繊維膜の電界紡糸と染料吸着能の探究 · Clear Sky Science
