具有优异耐久性以及快速有效油水分离能力的水下超疏油膜的制备

Dai-Lin Zhou,† Yang Deng ,† DiHan,* Qin Zhang, Feng Chen, Qiang Fu*

当前，油污已经成为水污染的主要来源并且带来了严重的环境问题，如何有效、快速的处理含油污水已成为了亟待解决的问题。膜分离技术因其具有可连续化操作、高效以及环境友好等诸多优势被认为是一种有前景的油水分离方法。从原理上看，具有相反表面润湿性的膜材料，如疏水-亲油型和亲水-疏油型膜都可以实现含油污水的有效分离。然而，疏水-亲油型膜的表面容易被油污染，在使用过程中的分离效率也会不断下降。相比之下，亲水-疏油型膜具有优异的憎油性，可以有效的避免使用中的膜污染问题。近年来，已经有不少报道成功实现了亲水-疏油型膜的制备，其制备策略通常是在多孔基体上涂覆上亲水材料（如水凝胶、高分子毛刷以及无机纳米粒子等），但是这些膜材料往往存在着耐久性差以及通量较低等问题。因此，如何制备出耐久性和油水分离性能优异的水下超疏油膜依然存在着挑战。

  本研究选用棉织物作为基体，首先将带有多个乙烯基的多面体寡聚倍半硅氧烷（VPOSS）接枝到棉织物表面，随后通过“巯基-烯”的点击化学反应将棉织物表面的疏水的乙烯基转化为亲水的羧基（如图1），制备出了具有超亲水-水下超疏油性能的膜。由于POSS纳米粒子具有热稳定性、机械性能以及耐紫外性优异等特点，该方法所得的水下超疏油膜可以长期耐受机械磨损、超声波清洗、紫外线照射和腐蚀性水溶液的侵蚀，并且保持优异的水下超疏油性（图2）。

图2 超亲水-水下超疏油膜的耐磨性测试示意图（A），经过长期机械磨损（B）、超声（C）、酸碱（D）、盐（E）溶液浸泡以及紫外辐照（F）后的水接触角和水下油接触角

油水分离实验表明，这种水下超疏油膜能够实现各种油水混合物的快速（通量可达88214 L·m-2·h-1）、高效分离（>99%），并表现出优异的耐久性，即使经过50次分离，其分离效率依然保持在较高水平（>98％），如图3所示。

图3 超亲水-水下超疏油膜对各种油水的分离性能

相关成果以“Fabrication ofsuperhydrophilic and underwater superoleophobic membranes for fast andeffective oil/water separation with excellent durability”发表在Journal of Membrane Science（Journal of Membrane Science, 2020: 118898.）上。文章第一作者为四川大学高分子学院的硕士生周岱林和邓杨，傅强教授和韩迪博士为本文的通讯作者。感谢国家自然科学基金创新群体项目（51721091）对本工作的支持！

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0376738820314733