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江南大學(xué)董亮亮《Nat. Commun.》：“小”氣體“大”用途2.0 - 可用于油/水分離系統(tǒng)的CO?響應(yīng)性分離膜

2023-03-07 來源：高分子科技

關(guān)鍵詞：毛細(xì)力驅(qū)動(dòng) 限域組裝油水分離 CO?響應(yīng) 分離膜

頻繁的石油泄漏事故以及工業(yè)和居民生活污水的大量排放造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，危害人類健康，因此，開發(fā)高效油水分離膜材料成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)之一。刺激響應(yīng)性分離膜是一類可通過“感知”周圍環(huán)境變化來自發(fā)調(diào)控膜的物化性質(zhì)從而實(shí)現(xiàn)對(duì)膜通量和選擇性的可逆調(diào)節(jié)的智能分離膜。這種特性使其在實(shí)際的油水分離過程中具有靈活性與可控性。然而，這類分離膜往往面臨著制備工藝復(fù)雜、成本高、響應(yīng)性不夠靈敏、自清潔性能差和難以規(guī)模化制備等問題。

圖1 基于毛細(xì)力驅(qū)動(dòng)的限域自組裝制膜過程

針對(duì)上述問題，江南大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院膜科學(xué)與膜過程團(tuán)隊(duì)（MSMP）的董亮亮副教授受自然界毛細(xì)現(xiàn)象啟發(fā)，提出了一種基于毛細(xì)力驅(qū)動(dòng)的限域組裝制膜新策略，成功構(gòu)建了可用于各種油/水分離體系的CO₂響應(yīng)性分離膜（圖1）。與其他刺激方式相比，CO₂刺激具有環(huán)境友好、成本效益高、對(duì)膜結(jié)構(gòu)損害等優(yōu)點(diǎn)。并且通過調(diào)控毛細(xì)力大小，可以實(shí)現(xiàn)CO₂響應(yīng)性聚物在基膜表面快速均勻地附著，從而表現(xiàn)出優(yōu)異的潤濕性切換（圖2A）。制備的CO₂響應(yīng)性分離膜可應(yīng)用于各種油/水分離體系（如油/水混合物、表面活性劑穩(wěn)定的油/水乳液、多相乳液（圖2B）和含污染物乳液），均具有優(yōu)異的分離效率（>99.9%）和自清潔性能（圖2C，D）。該工作以“Scalable and switchable CO2-responsive membranes with high wettability for separation of various oil/water systems”為題發(fā)表在《Nature Communications》上(Nat. Commun., 2023, 14, 1108)。文章第一作者是江南大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院碩士研究生汪楊楊，共同一作為江蘇大學(xué)的楊紹康博士、清華大學(xué)的張經(jīng)緯博士，通訊作者為江南大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院董亮亮副教授。該工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中央高校基本科研基金等基金支持。

圖2 A氣體控制可切換潤濕性；B多項(xiàng)乳液分離過程；C，D膜的自清潔性能與刺激響應(yīng)分離機(jī)理

該工作是團(tuán)隊(duì)近期關(guān)于CO₂響應(yīng)性分離膜的最新研究進(jìn)展之一，近年來該團(tuán)隊(duì)還開展了多項(xiàng)CO₂響應(yīng)性分離膜的研究，通過改變氣體刺激源（CO₂/Ar）,實(shí)現(xiàn)了膜對(duì)不同分子和離子的選擇分離，拓展了CO₂響應(yīng)性分離膜在超濾、納濾等領(lǐng)域的應(yīng)用（Chem. Commun., 2017, 53, 9574；J. Mater. Chem. A, 2018, 6, 6785；J. Membr. Sci.，2019, 592, 117374；J. Mater. Chem. A, 2020, 8, 16738）

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-36685-9

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