具体高效油水分离特性的电纺纤维膜

2018年7月18日讯 在过去的几十年里，由于频繁的油污，工业化学品泄漏和排出含油污水，石油污染对水环境和生态学造成灾难性后果。因此，有效的油/水分离过程是对含油废水纯化具有重要意义。通常，油污染物在水中是不溶性烃或脂肪甘油酯，相关的油包水混合物主要有三种类型，自由浮油，不稳定的自由油滴和稳定的乳液（油滴直径＜20μm）。常规的油/水分离技术，如吸附、气浮、离心和化学凝固。分离效率低，能源成本高，运作过程复杂、二次污染等缺点，以至于很少能分开高度化的含油废水。新开发的膜基于微滤（MF）、超滤（UF）和纳米过滤（NF）的分离技术已被研究用于含油污水的分离，由于其优点，如高分离效率，相对较低的成本和操作简单。然而，仍存在严重的局限性，包括低渗透通量和高驱动压力几个条形，导致防污性能差。因此，需要更多的努力来发展一种可行的专用膜，用于有效分离各种水包油乳液。

　　最近，东华大学丁彬教授课题组通过同步电喷雾和静电纺丝的简易策略，在电纺纤维膜上制备仿生和超湿润的纳米纤维。所获得的纳米纤维表皮具有莲叶状微/纳米结构表面，由于分层粗糙度和亲水性聚合物基质的协同效应，其具有引人注目的超亲水性和水下超疏油性。超薄、高孔隙率、亚微米多孔表层使得复合纳米纤维膜表现出优异的性能，用于分离高度乳化的无表面活性剂和表面活性剂稳定的水包油乳液。超高渗透通量高达5152 L m -2 h -1，分离效率＞99.93％，仅在重力驱动（≈1kPa）下获得，比传统过滤膜高一个数量级。此外，其还具有相似的分离性能，显示出对节能过滤的显著适用性。此外，该膜具有优异的抗油污染性能，具有良好的长期分离可重复使用性，有望用于大规模含油废水的修复。相关研究成果发表于Adv. Func. Mater. 2018，28，1705051.

　　基于之前的研究工作，丁彬与俞建勇教授进一步探讨仿生和超湿润纳米纤维膜在净化乳化含油废水方面的应用，共同完成了多层纳米纤维膜的制备，其具有地球自然结构的灵感，用于重力驱动水净化。结果表明，所得到的仿生多层纳米纤维膜具有三个具有设计功能的单层，即无机纳米纤维层，可以阻止油的严重侵入，防止聚合物基体的破坏性结垢；亚微米多孔层，设计有蜂窝状空腔，可捕获较小的油滴，确保较好的透水性；具有较大孔径的高多孔纤维基质提供模板支撑并允许水快速通过。因此，通过三个功能层的配合，所得复合膜具有优异的抗油污性能和坚固的水包油乳液分离性能，仅在重力作用下具有良好的分离效率和竞争性渗透通量。膜用于乳液的渗透通量高达5163 L m-2h-1，分离效率为99.5％。这一研究为开发用于含油废水修复的新一代特定膜提供简便的途径。相关研究成果发表于ACS Appl.

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