隨著工業(yè)的快速發(fā)展，大量被有機(jī)物污染的水被排放到環(huán)境中，包括分散的油類及有機(jī)溶劑，和溶解的抗生素及染料等，對生態(tài)系統(tǒng)和人類健康帶來了巨大的風(fēng)險。與傳統(tǒng)的吸附、蒸餾等方法相比，具有特殊潤濕性質(zhì)的膜因?yàn)槟し蛛x技術(shù)的低能耗與高效率引發(fā)了科研人員的廣泛關(guān)注。然而低成本并大規(guī)模地制造可用于不同復(fù)雜污水處理情景的超潤濕分離膜仍然是一個挑戰(zhàn)。
近期，德州農(nóng)工大學(xué)方磊教授課題組報(bào)道了一種基于氧化鋅納米顆粒 （ZnONPs）引發(fā)光聚合法（ZIP）制備多種超潤濕分離膜用于可持續(xù)水處理。該方法充分利用了ZnONPs的物理化學(xué)性質(zhì)，使其引發(fā)單體的光聚合形成復(fù)合膜，增加膜表面粗糙度以實(shí)現(xiàn)超潤濕性以及催化可溶性有機(jī)小分子污染物的光降解。該方法制備簡單，成本低廉，并可根據(jù)不同水處理場景選擇合適的聚合單體與基底。
所有通過ZIP制備的膜都呈現(xiàn)超親水（水的接觸角均接近0°）和水下超疏油（水下油接觸角均>155°）（圖3）。特殊的超潤濕性以合適的孔徑大小（圖2）使得ZIP制備的膜可以快速高效地分離不同尺寸的油水混合物。在重力作用下，PAM-ZnO@SSM能以 19700L/m2 和 1340L/m2的高通量分離分層的油水混合物以及無表面活性劑的油水乳液，效率達(dá)到99.9%。PNaAMPS-PDA-ZnO@MCE和Porous-PAM-ZnO膜均可在真空壓力下以99%的效率凈化多種表面活性劑穩(wěn)定的油水乳液，并展現(xiàn)了良好的循環(huán)使用能力（圖4）。此外，Porous-PAM-ZnO膜集成了油水乳液分離和有機(jī)污染物的光催化降解功能，可同時去除不相溶的油和可溶性有機(jī)污染物來凈化復(fù)雜的廢水。在紫外燈作用下，在經(jīng)過一個光照過濾周期，其可在將水中分散的微米/納米大小的油滴過濾的同時降解67.9%的甲基橙污染物 （圖5）。如果需要更干凈地去除溶解的有機(jī)污染物，則過濾液可以簡單地循環(huán)使用作為進(jìn)料，再次進(jìn)行光降解以達(dá)到較低濃度的溶解有機(jī)物含量。
圖1. 通過ZIP法制備三種超親水水處理膜
圖2：ZIP制備膜的照片和掃描電子顯微鏡（SEM）圖像
圖3：ZIP制備膜的表面潤濕性質(zhì)以及耐磨性能
圖4：ZIP制備膜在凈化油/水混合物和納米尺度的水包油乳液中的分離性能
圖5：Porous-PAM-ZnO膜對水中分散和溶解污染物的同時去除性能
這項(xiàng)研究闡明了一種具有成本低廉、可放大和可持續(xù)性的分離膜制備方法，具有在各種水處理場景中的潛在適用性。這種多功能策略可以擴(kuò)展到包括更廣泛的半導(dǎo)體納米顆粒、單體和基底，為可持續(xù)水處理應(yīng)用的超潤濕和光催化膜的規(guī)模化生產(chǎn)提供了思路。以上的研究成果以“Versatile and efficient photopolymerization approach to zinc oxide-composed dual functional membranes for sustainable water treatment”為題發(fā)表在Matter期刊，德州農(nóng)工大學(xué)李臣軒博士為該論文第一作者。
該工作是團(tuán)隊(duì)關(guān)于高分子吸附及分離材料的進(jìn)展之一。在過去的幾年中，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一系列簡單易行的多孔高分子材料的合成方法，并用于甲烷吸附（ACS Materials Lett. 2020, 2, 49-54），溶液小分子吸附（Mater. Chem. Front. 2018, 2, 396-401），有機(jī)溶劑納濾（J. Mater. Chem. A 2020, 8, 15891-15899），BTEX氣體吸附與探測（Mater. Today Chem. 2022, 24, 100915）。同時，團(tuán)隊(duì)制備了基于四角針狀氧化鋅引發(fā)光聚合的超疏水/超親油涂層用于不互溶的液液分離（Mater. Horiz. 2022, 9, 452–461）。
原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S259023852300646X
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