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  隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，每年排放的以含油廢水和乳化油為代表的油水混合物會造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，并危害生態(tài)環(huán)境。傳統(tǒng)的撇油、浮選、離心等油水分離方法不足以分離小于5μm的乳化液滴，這對油水分離技術(shù)提出了巨大的挑戰(zhàn)。近年來，受生物啟發(fā)的超浸潤分離膜的研究對解決該油水混合物尤其是乳液的分離提供了新的思路。其中，開發(fā)對100~1000nm范圍內(nèi)的液滴具有高排斥性的超浸潤膜材料，尤其是超浸潤分離膜規(guī)模化制造技術(shù)，是解決該問題的核心和關(guān)鍵所在。

圖1. a、b為同軸靜電紡絲與普通靜電紡絲過程的對比，c為PVDF-co-PDMS-AS納米纖維膜的設(shè)計概念的演變

  近日，哈爾濱工業(yè)大學(xué)教授、英國皇家化學(xué)會會士、城市水資源與水環(huán)境國家重點實驗室成員邵路團(tuán)隊與哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）中歐膜技術(shù)研究院副院長、海洋科學(xué)學(xué)院教授張瑛潔團(tuán)隊合作，采用簡單的同軸靜電紡絲技術(shù)，構(gòu)建了超疏水納米纖維膜，展現(xiàn)出優(yōu)異的油包水乳液分離性能。在高壓電場下，聚二甲基硅氧烷（PDMS）前驅(qū)體與聚偏二氟乙烯（PVDF）溶液在噴絲頭中強(qiáng)迫混合擴(kuò)散，溶液發(fā)生相轉(zhuǎn)化，由于聚合物溶質(zhì)粘度（PDMS和PVDF）和助溶劑（THF和DMF）的蒸發(fā)速率的差異，形成了嵌入微球的納米纖維膜（PVDF-co-PDMS）。進(jìn)一步設(shè)計了具有超快滲透性能和優(yōu)異分離性能的非對稱復(fù)合膜（PVDF-co-PDMS-AS）。

圖2. 膜的化學(xué)結(jié)構(gòu)和表面形貌研究

圖3 膜表面潤濕性的研究

  通過同軸靜電紡絲技術(shù)制備的PVDF-co-PDMS膜和PVDF-co-PDMS-AS膜的純水接觸角分別達(dá)到155.1°和157.4°，并且其水下油接觸角可在1s內(nèi)達(dá)到0°，表現(xiàn)出優(yōu)異的超疏水-水下超親油性。此外，納米纖維膜還具有出色的抗水粘附性，最低滾動角約為6.7°。

圖4 膜的油包水乳液分離性能的研究

  油包水乳液經(jīng)過膜過濾后變得透明，在顯微鏡下不能觀察到液滴的存在。憑借精心定制的膜結(jié)構(gòu)和表面性能，該膜對正辛烷包水乳液的滲透性能達(dá)到17,331 L m^-2 h^-1 bar^-1，分離效率高達(dá)99.6%，對200nm以上的水滴可以實現(xiàn)100%去除。經(jīng)過20次的循環(huán)使用，仍可保持88%的原始滲透性能。該種膜表現(xiàn)的超快滲透性和出色的分離效率優(yōu)于文獻(xiàn)報道數(shù)值。最重要的是，該技術(shù)可以實現(xiàn)770cm²大小膜片的連續(xù)生產(chǎn)并且可通過更改滾筒接收器的尺寸進(jìn)一步擴(kuò)大。

  哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海)海洋學(xué)院程喜全副教授為該論文的第一作者，哈爾濱工業(yè)大學(xué)化工與化學(xué)學(xué)院邵路教授為該論文的通訊作者。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsnano.1c00158

  作者介紹：

  青年教師程喜全鏈接：http://homepage.hit.edu.cn/chengxiquan

  張瑛潔教授鏈接:http://yjsc.hitwh.edu.cn/2017/0519/c1096a41260/page.htm

  邵路教授鏈接:http://homepage.hit.edu.cn/shaolu  或https://publons.com/researcher/1307969/lu-shao/publications/