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沙漠也有用:油下超亲水沙层能快速实现油包水乳液的高效分离

随着工业含油废水的排放和溢油事故的频繁发生,油水混合物的分离越来越受到社会的广泛关注。传统的分离技术对无乳化剂的油水混合物有较好的分离效果,而对油水乳液则效果不佳。以往报道的超浸润油水乳液分离材料利用对油和水截然相反的浸润性能和滤膜材料孔径小于乳液尺寸的筛分效应实现油水乳液的成功分离。然而该类膜材料在处理油水乳液时,由于通量低、膜表面易污染等严重制约膜分离潜力的发挥。因此,对油水乳液、尤其是表面活性剂稳定的油水乳液进行快速高效的分离依然是不小的挑战。


近期,西北师范大学李健点击查看介绍课题组利用沙漠中的沙子制备了具有油下超亲水性质的沙层,并探究了对油包水乳液分离的可能性。高极性的沙层能够在油环境中吸附油包水乳液中极性的水,即使在沙层孔径大于乳液粒径的条件下,成功的实现了各种油包水乳液的高效分离,其分离效率高达99.99 %,滤液通量高达2342 L/m2 h。此外,吸附饱和的沙层经过无水乙醇清洗后,仍然表现出高的分离效率和较好的循环分离性能。与以往报道的油包水乳液分离材料相比,利用沙层实现油包水乳液的分离具有制备简单、低成本、环境友好和滤液通量大等优点。所需要的沙子可以直接从沙漠中获取,简单清洗干燥后即可使用。此项研究打破了以往报道的油水乳液分离超浸润材料必须借助筛分效应的设计思维,为开发新型乳液分离材料提供了思路。


近年来,该课题组在超浸润材料的制备及油水分离方面取得一系列进展,如制备了蜡烛灰和二氧化硅复合超疏水油水分离网膜材料,实现了极端环境下(酸、碱、盐和热水)油水混合物的高效分离(Nanoscale, 2016, 8, 7638-7645); 超疏水海绵材料在实际使用中存在超疏水物质与海绵基底材料的结合力差,使用过程中容易脱落的问题,为解决上述问题制备出具有超疏水/超亲油性质的三维疏水布包,该布包由高吸附量的原始海绵(未经任何表面处理和修饰)等吸附物填充,超疏水棉布作为只允许油选择性透过的滤膜而海绵等高吸附性能的填充物主要起到吸附储存透过棉布油类的作用。引入负压系统后,整个体系能够高速、连续且高效的从油水混合物中吸附并去除油(Adv. Mater. Interfaces, 2016, 3, 1500770);制备了具有超亲水/水下超疏油性质的坡缕石网膜,该网膜有效避免了以往报道的多种涂覆水凝胶和聚合物等“除水型”油水分离材料在长期使用中涂层发生溶胀进而脱落的问题,并能够高效分离酸、碱、盐和热水与油的混合物(J. Mater. Chem. A, 2015, 3, 14696-14702); 制备了具有水下超疏油或油下超疏水性质的马铃薯废渣网膜和蜡烛灰网膜, 该网膜材料能够根据非乳化油水混合物中油和水密度的相对大小以及乳化油水混合物的乳液类型(水包油型或油包水型),实现各类油水混合物的按需和高效分离 (Green Chem.,2016, 18, 541-549; Nanoscale, 2017, 9, 13610-13617);在保持表面形貌不变的情况下,通过控制所喷涂ZnO悬浮液中亲水和疏水ZnO纳米颗粒的比例来实现对其表面成分的调控得到了粘附性可控的超疏水表面,并考察了超疏水/超亲油网膜表面的粘附性对油水分离性能的影响(ACS Appl. Mater. Interfaces, 2014, 6, 8868-8877; RSC Adv., 2016, 6, 90824-90830)等。


以上工作得到了国家青年自然科学基金(21301141),陇原青年创新人才扶持计划项目,中国博士后科学基金面上一等资助项目(2017M61003),甘肃省自然科学基金 (145RJYA241),甘肃省高等学校科研项目(2014B-020)及西北师范大学科研创新团队项目(NWNU-LKQN-16-6)等资助。


该论文作者为:Jian Li, Changcheng Xu, Changqing Guo, Haifeng Tian, Fei Zha and Lin Guo

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Underoil superhydrophilic desert sand layer for efficient gravity-directed water-in-oil emulsions separation with high flux

J. Mater. Chem. A, 2018, 6, 226-230, DOI: 10.1039/C7TA08076J


李健教授简介


李健,男,1983年2月生,西北师范大学副教授,硕士生导师。中国科院兰州化物所博士,北京航空航天大学材料学博士后。主持国家自然基金青年基金、陇原青年创新人才项目基金、博士后面上一等资助项目和甘肃省自然基金等项目。研究领域为超浸润界面材料、油水分离材料、环境功能材料。近年来以第一作者或通讯作者身份发表SCI论文50余篇,其中ESI高被引论文6篇(学术领域全球前1%),论文总被引1200余次,H因子20。入选2016年度英国皇家化学会“Top1%高被引中国作者”榜单,2016年获甘肃省高校科学优秀成果研究二等奖(第一完成人),2016年入选陇原青年创新人才扶持计划,2016年获甘肃省优秀硕士论文指导教师称号。


http://www.x-mol.com/university/faculty/13940


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