含油废水的随意排放、石油泄漏和石油开采对水体造成了严重污染。油对水的大面积污染导致了淡水资源的匮乏、资源的浪费和环境的污染。乳化含油污水（油水乳液）的有效分离非常困难，是世界性难题。膜分离技术具有高效、节能、操作简单、环保等特点，开发具有特殊润湿性的分离膜已成为分离油水乳液的最有效途径之一。然而膜结构不稳定和低通量始终是限制膜分离技术发展的主要难题，此外分离膜的制备还存在研发成本高、工艺复杂、环境污染等挑战。纤维素具有绿色可再生、成本低、可生物降解、表面润湿性好等特点，因此开发功能化的纳米纤维素油水乳液分离膜具有重要的研究意义和应用前景。

本文结合原子转移自由基聚合法和真空自组装法，构建了一种柔性、耐用、防污的纳米纤维素基复合膜(NCM)，该复合膜可用于分离稳定的水包油乳液和油水混合物(图1)。

本研究以蚕茧亲水的网状表面结构为灵感，开发了一种具有超亲水网络表面结构的柔性纳米纤维素基复合膜，可连续超高通量的分离水包油乳液和油水混合液。首先，用酸水解法从木屑中获取纤维素纳米晶（CNCs）粉末并将其溴化；其次，通过表面引发的原子转移自由基聚合法制备纳米纤维素-g-PNIPAM-b-PDMAEMA链段，并用真空自组装法将其修饰在纤维素微孔滤膜（MFM）上获得纳米纤维素基复合膜，并将其用于含油废水的净化。水包油乳状液的分离效率和通量分别达到99.81%和29003 L·m^-2·h^-1·bar^-1，而油/水混合物的分离效率和通量几乎达到100%和51444 L·m^-2·h^-1·bar^-1。复合膜具有耐强酸、强碱、耐高温的特点，为恶劣环境下的油水分离开辟了新的途径。这种环保、廉价、耐用、稳定的水下超疏油生物质膜有望成为商用膜的潜在替代品。

图1. 纳米纤维素基复合膜的制备和应用。

图2. 功能化纳米纤维素基复合膜的表面形貌分析。

图3. 功能化纳米纤维素基复合膜的乳液分离性能分析。

蔡亚辉，副教授，硕士生导师。主要从事功能复合材料的制备及其在油化污水处理、海水淡化以及有机溶剂纳滤等方面的研究与应用。主持国家级及省部级项目3项。以第一作者和通讯作者在Adv. Mater., SmartMat., EcoMat., Nano Res., J. Mater. Chem. A, Chem. Eng. J., J. Hazard. Mater., J. Membr. Sci. 等国际学术期刊发表论文18篇。

李建章，教授，博士生导师，国家高层次人才计划入选者，宝钢优秀教师奖、国务院政府特殊津贴和海峡两岸林业敬业奖励基金获得者。以第一作者和通讯作者在Adv. Sci., Nano Letters, Chem. Eng. J., J. Hazard. Mater.等期刊发表SCI论文数200余篇。

田丹，教授，博士生导师。主要从事金属有机框架材料以及木材复合材料在能源、环境方面的应用探索研究。以第一作者和通讯作者发表SCI论文32篇，分别发表在Angew. Chem. Int. Edit., Nat. Commun., Adv. Sci., Nano Res., EcoMat.等期刊上。2022年入选中国卓越期刊《SmartMat》青年编委，2021年获评江苏省特聘教授，2020年获得中国林学会梁希青年论文奖,2014年获得卢嘉锡科学教育基金会卢嘉锡优秀研究生。

Wu J, Su Y, Cui Z, et al. Flexible, durable, and anti-fouling nanocellulose-based membrane functionalized by block copolymer with ultra-high flux and efficiency for oil-in-water emulsions separation. Nano Research, 2022, https://doi.org/10.1007/s12274-022-5149-x. 

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