Per superare le problematiche ricorrenti delle membrane tradizionali utilizzate per il trattamento delle acque reflue si può considerare una tipologia di membrana innovativa, ovvero una membrana superidrofila e superoleofobica subacquea ben progettata \citep{vbelgiorno2016}
Le membrane che permettono un livello qualitativo del genere sono dette membrane multifunzionali e sono create mescolando materiali inorganici nella matrice organica \citep{Ibrahim2019}. La miscelazione di nanomateriali inorganici come biossido di titanio (TiO2), biossido di silicio (SiO2), nanotubi di carbonio (CNT), ossido di grafene (GO), ecc. nella matrice della membrana polimerica crea sistemi inorganici-organici multifunzionali, con migliori proprietà fisico-chimiche \citep{jlawler}.
Per quanto riguarda la problematica relativa alla separazione olio/acqua sono stati eseguiti diversi studi. Ad esempio, Al-Husaini et al. hanno miscelato biossido di manganese idrato (MnO2) per produrre membrane nanofibrose elettrofilate in polietersulfone idrofilo (PES) \citep{mkranert2012}. Tramite questo studio si è ottenuto un ottimo scarto dell'olio, con valori che variano tra il 97,98 e il 94,04% \citep{mdhwirzal2019}.
Yang et al. invece hanno rivestito le membrane di microfiltrazione/ultrafiltrazione (MF/UF) in fluoruro di polivinilidene (PVDF) con un materiale ibrido idrofilo ottenuto dalla polimerizzazione di acido gallico e polisilossano derivato dal trietossisilano (APTES). Con questo studio è stato ottenuto uno scarto dell’olio con valori maggiori del 99% \citep{qjyu2018}.
Un'altra grande preoccupazione ambientale è la presenza di vari composti farmaceutici nei sistemi acquatici \citep{Borea2018}. I prodotti farmaceutici sono costituiti da diverse molecole recalcitranti che possono finire negli impianti di trattamento delle acque reflue attraverso le reti fognarie ed entrano nei sistemi acquatici mettendo a rischio la salute dell'uomo, della fauna marina e della flora \citep{aparrella2009}. Per rimuovere efficacemente questi composti farmaceutici si possono utilizzare dei processi di ossidazione avanzata che coinvolgono fotocatalizzatori come l’ossido di titanio (TiO2\citep{joh2019}.
Ad esempio, Lee et al. hanno immobilizzato il TiO2 fotocatalitico e adsorbente nei tappetini a film sottile di nanofibre elettrofilate di fluoruro di polivinilidene/polivinilpirrolidone (PVDF/PVP) per aumentare la rimozione di coloranti e sostanze chimiche interferenti endocrine \citep{ywan2018}
L’immobilizzazione del TiO2 sulle nanofibre idrofobe di PVDF ha ridotto al minimo il rilascio indesiderato di TiO2 nell'effluente trattato \citep{Naddeo2015}.
In un caso studio preso in esame è stato utilizzato l'ossido di tungsteno (WO3), un composto chimico contenente ossigeno e tungsteno (metallo di transizione) e che viene utilizzato in diverse applicazioni (in celle a combustibile, membrane fotocatalitiche e antibatteriche, ecc.) \citep{vbelgiorno2017a}. Le sue proprietà, tra cui la superidrofilia, la superoleofobicità subacquea e l'attività fotocatalitica, potrebbero essere sfruttate nella preparazione di membrane polimeriche multifunzionali \citep{keerthi2020}.
Invece la dopamina (DA) è un biomateriale che può polimerizzare per formare polidopamina (PDA) e attaccarsi alla maggior parte dei substrati \citep{Naddeo2020}. Nel caso studio il PDA è stato applicato a numerosi substrati per conferire superoleofobicità e superidrofilia \citep{qxue2019}.
Avendo scelto adeguatamente le nanoparticelle di WO3 (fotocatalizzatore) e i rivestimenti in PDA (materiale adesivo ampiamente utilizzato con funzioni multiple), si è sviluppata una membrana in nanofibre elettrofilate multifunzionale di poli(vinilidene fluoruro-esafluoropropilene) (PVDF-HFP) che può separare una miscela olio/acqua sotto gravità, degrada i composti farmaceutici presenti nelle acque reflue, presenta una maggiore resistenza meccanica e genera vapore acqueo \citep{swhasan2020}.
Una membrana in nanofibre elettrofilate superidrofila e superoleofobica subacquea ben progettata potrebbe superare diverse sfide associate ai tradizionali processi a membrana per la separazione olio/acqua \citep{Borea2019}.
L’elettrofilatura è considerata uno dei metodi efficienti per la fabbricazione di nanofibre polimeriche \citep{Millanar-Marfa2018}. La morfologia superficiale delle membrane nanofibrose elettrofilate (ENM) le rende meno resistenti alla pressione comunemente utilizzata nel processo UF. Un'altra preoccupazione dell'utilizzo degli ENM è l'elevata tendenza al fouling \citep{tzarra2020}.
Il rivestimento in PDA è stato eseguito per migliorare la funzionalità delle membrane fabbricate \citep{vbelgiorno2014a}. Ad esempio, questo rivestimento è fondamentale per rendere le membrane di nanofibre elettrofilate PVDF-HFP superidrofile e migliora anche l'oleofobicità \citep{Naddeo2021}. È fondamentale anche perché aumenta l’efficienza di filtrazione olio/acqua a gravità e migliora la degradazione fotocatalitica dei composti farmaceutici \citep{dscannapieco2013}.
Gli ENM miscelati con WO3 hanno mostrato una migliore resistenza meccanica, un maggiore assorbimento UV/Vis e uno spessore simile a quello degli ENM incontaminati \citep{vnaddeo2020}. Gli ENM rivestiti con PDA hanno mostrato una maggiore separazione olio/acqua con 97,6% di rigetto dell'olio \citep{vbelgiorno2014}.
Le prestazioni della membrana multifunzionale sono state confrontate con altre membrane per dimostrare i vantaggi della membrana presa in esame rispetto ad altre membrane multifunzionali \citep{sgroudev2008}.
Ad esempio, Ritchie et al. hanno rivestito reti in acciaio inossidabile con nanoparticelle polimeriche-fluorotensioattive per formare una membrana con elevata oleofobicità e superidrofilia \citep{jpsbadyal2019}. La membrana rivestita è stata utilizzata per migliorare la separazione olio-acqua, tuttavia non sono state studiate nel dettaglio diverse caratteristiche fisico-meccaniche e la propensione al fouling è solitamente maggiore in queste membrane di tipo idrofobico/oleofilo \citep{vbelgiorno2008}.