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  受污染的油性廢水中不僅含有不溶的油污，而且還包含各種有機(jī)污染物。如何同時處理廢水中的油污及有機(jī)污染物，是目前污水治理的熱點和難點之一。長安大學(xué)綠塑創(chuàng)新團(tuán)隊顏錄科教授和中國科學(xué)院寧波材料所智能高分子團(tuán)隊陳濤研究員合作，以表面接枝聚丙烯酸（PAA）的碳納米管（CNTs）負(fù)載具有特殊催化性的粒子，通過真空抽濾制備多功能油水分離膜，在含油污水和染料污水雙功能水凈化方面取得新進(jìn)展。

  研究人員通過自由基聚合和真空抽濾方法，制得兼具分離水包油型乳液和降解亞甲基藍(lán)（MB）的“除水型”分離膜（圖1）。作者以商用PVDF膜為基底膜，PAA接枝使CNTs分離膜具有超親水/水下超疏油的浸潤性質(zhì)，MIL101（Fe）@Pt作為催化性粒子，被截留在CNTs-PAA膜表面，使膜在動態(tài)含油污水凈化過程中能有效降解水溶性染料。該復(fù)合膜可以快速分離多種表面活性劑穩(wěn)定的水包油型乳液（包括水包己烷乳液，水包二氯甲烷乳液，水包硅油乳液和水包氯仿乳液）同時降解MB，尤其是同時分離水包己烷乳液和降解MB的通量高達(dá)11,000 Lm^-2h^-1bar^-1，遠(yuǎn)高于多數(shù)多功能油水分離膜。油水分離效率可達(dá)98.8%，MB降解效率可達(dá)98.5%。此外，該復(fù)合薄膜具有制備簡便，環(huán)境友好，耐彎曲，抗腐蝕和分離穩(wěn)定等特性。5次重復(fù)實驗后，分離通量和效率沒有明顯降低（圖2）。相關(guān)研究工作以“Multifunctional CNTs-PAA/MIL101(Fe)@Pt composite membrane for high-throughput oily wastewater remediation”為題，發(fā)表在Journal of Hazardous Materials 期刊上。

圖1 CNTs-PAA/MIL101（Fe）@Pt復(fù)合膜制備及其用于油水分離和染料降解的示意圖

圖2 CNTs-PAA/MIL101(Fe)@Pt復(fù)合膜同時分離水包油型乳液和降解MB的性能

  在此研究基礎(chǔ)上，將CNTs和硫酸氧鈦（TiOSO₄）復(fù)合，采用水合-脫水方法，在CNTs上原位復(fù)合二氧化鈦（TiO₂），制備“除水除油型”CNTs/TiO₂復(fù)合膜（圖3）。該復(fù)合膜具有空氣中超親水超親油，水下/超疏油和油下/超疏水的特性（圖4）。通過表面預(yù)浸潤處理，該復(fù)合膜能夠分離不同的油水混合物、水包油型乳液及油包水型乳液，具有高通量、高效率和高穩(wěn)定等優(yōu)點。其中，二氯甲烷包水乳液的通量高達(dá)40,000 Lm^-2h^-1bar^-1，遠(yuǎn)超多數(shù)油水分離膜，分離效率可達(dá)98.9%（圖5）。此外，該復(fù)合膜重復(fù)使用性好，在嚴(yán)苛環(huán)境下（1 M腐蝕性溶液中浸泡24 h）具有穩(wěn)定超疏油和分離性能。

圖3 CNTs/TiO₂的制備及其復(fù)合膜用于油水分離示意圖

圖4 CNTs/TiO₂復(fù)合膜的潤濕性表征

圖5 CNTs/TiO₂復(fù)合膜分離不同類型油水乳液的性能

  相關(guān)研究工作以“CNTs/TiO₂ composite membrane with adaptable wettability for on-demand oil/water separation”為題，發(fā)表在Journal of Cleaner Production 期刊上。

  長安大學(xué)碩士研究生劉超慧為上述系列工作的第一作者。該系列研究工作得到了長安大學(xué)中心學(xué)院基礎(chǔ)科學(xué)專項基金、海洋材料及相關(guān)技術(shù)重點實驗室研究基金、中國科學(xué)院前沿科學(xué)與教育局、寧波科技局等項目的資助。

  論文鏈接：

  https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.123547

  https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.124011