每天，来自家庭活动和各种行业（包括石化、食品加工和纺织业）会产生大量的含油废水[1]。由于未经处理的废水会严重破坏水生生态系统，因此高效的净化方法受到了全球的关注[2]。虽然漂浮在废水中的大块油可以通过撇油器或吸附剂轻松去除[3]，但乳化油滴更难以处理，因为表面活性剂会降低油水界面张力并增强其稳定性[4],[5]。特别是，乳化油滴的直径通常小于20μm，根据斯托克斯定律，这大大降低了它们的上升速度[6]。离心或化学破乳剂可以部分解决这一问题[7]，但每种方法都有缺点：离心耗时且耗能，而破乳剂会向水环境中引入额外的化学物质[8],[9]。
相比之下，亲水膜过滤因其简单性、低成本和高效率而备受关注[10]。受鱼鳞的启发，亲水性多孔膜在水介质中形成一层水合层，能够排斥油滴并阻挡大于孔径的污染物[11]。虽然较小的孔径可以提高分离效率，但不可避免地会降低通量并加剧油污染[12],[13],[14]。此外，含油废水通常含有大量的微生物，这些微生物在膜设计时也需要考虑。这些细菌进入人体后可能引发各种呼吸系统和传染病，其毒性在全球范围内是导致死亡的第三大原因[15],[16]。尽管可以通过严格的纳滤或反渗透工艺处理含菌废水，但高操作压力会加剧膜的污染和生物膜的形成，从而大幅降低净化效率[17]。因此，同时处理乳化油和细菌污染物至关重要。因此，根据目标污染物调整孔径非常重要。对于乳化油滴直径通常小于20μm、细菌大小约为1μm的复杂含油废水，静电纺丝是一种有前景的微过滤膜制造方法[18],[19],[20]。静电纺丝利用高压电场将聚合物液滴拉伸成纳米纤维，这些纤维的直径为几百纳米[21]，从而制备出高孔隙率、高表面积的膜，并且可以通过多喷嘴或无针装置实现商业化生产[22]。
虽然聚丙烯腈（PAN）和聚偏二氟乙烯（PVDF）作为静电纺丝膜材料表现出优异的性能，但由于其疏水性，在长期使用过程中容易受到油污染和生物污染，且废弃处理时也会产生二次污染[23],[24],[25]。为了减轻这些影响并实现细菌去除，具有小孔径且能阻挡细菌的可生物降解静电纺丝膜是一个可行的替代方案。事实上，许多研究已经开发出了可生物降解的膜来解决废弃处理问题[26],[27],[28]。常见的材料包括基于多糖的膜（例如纤维素）和基于聚酯的膜，如聚乳酸（PLA）和聚己内酯（PCL）[29],[30],[31]。然而，基于多糖和PLA的膜本质上较为脆弱，难以制造出足够薄的纤维以实现有效的细菌过滤[32]。相比之下，PCL因其兼具高刚性和耐用性而成为高性能膜的选择，能够支持稳定运行，并允许制造出小直径的纤维和相应的微小孔径，从而有效阻挡细菌[33],[34]。此外，PCL价格低廉，并且据报道在多种环境中均可生物降解[35]。此外，PCL还可以用乙酸（一种无害的生物降解溶剂）进行静电纺丝，从而避免了通常用于其他聚合物的N,N-二甲基乙酰胺（DMAc）和二氯甲烷（DCM）等有毒溶剂[36],[37],[38]。因此，静电纺丝PCL纤维可以提高膜制造的可持续性。然而，对于水包油（O/W）乳液分离应用，PCL必须被改造成亲水性的，以形成稳定的水合层[39]。虽然在静电纺丝前将亲水添加剂与PCL混合可以增加表面亲水性并降低材料成本，但简单的混合往往会导致添加剂在O/W乳液分离过程中渗入水相，从而影响长期使用性能[40],[41],[42]。此外，由于PCL可以与某些芳香族溶剂溶解，因此需要足够坚固的外部水合层来确保对复杂含油废水的长期有效处理[43]。
在这项工作中，我们提出了一种完全可生物降解的静电纺丝PCL/硫酸盐木质素（KL）纳米纤维支架，并通过壳聚糖（CHI）和羧甲基纤维素（CMC）的静电层层堆叠（LbL）组装形成了一个坚固的外部水合层。选择KL是因为它与PCL具有良好的相容性，能够在不牺牲机械强度或生物降解性的情况下提高表面润湿性。超薄的CHI/CMC涂层形成了均匀的水合层，减少了油粘附和生物污染，同时保持了相互连接的孔网络并最小化了孔堵塞。由此制成的自立薄膜（32±2μm）在液压作用下表现出高通量以及超过99.5%的O/W乳液分离效率和有效的细菌去除效果。此外，使用可堆肥生物降解的成分和无害的静电纺丝溶剂从制造到废弃处理都能减少二次废物，为复杂含油废水提供了一种可持续的微过滤平台。
