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  隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，大量的含油污水被排放，同時海洋原油泄漏事件頻發(fā)，對生態(tài)環(huán)境和人類的健康造成了嚴(yán)重威脅。傳統(tǒng)油水分離方法主要包括氣浮法、離心分離法、吸附和燃燒等，但均存在效率低、成本高、應(yīng)用范圍窄等缺點。超浸潤分離膜由于具有結(jié)構(gòu)可控性好、分離效率高和分離精度高的優(yōu)點，目前成為油水分離領(lǐng)域的研究熱點。

  近期，中科院寧波材料所劉富研究員團(tuán)隊（先進(jìn)功能膜）在高性能聚偏氟乙烯（PVDF）油水分離膜方向取得了一系列新成果。

1）PVDF瞬時催化及油水分離膜。

  針對復(fù)雜體系的油水分離問題，以機(jī)械性能和熱穩(wěn)定性能優(yōu)異的聚偏氟乙烯（PVDF）為基膜，制備得到具有微納米多級組裝結(jié)構(gòu)的PVDF-AuNPs微反應(yīng)器分離膜。首先利用聚多巴胺作為膜表面“功能涂層”，對PVDF基膜進(jìn)行初步修飾，然后將AuNPs微球通過動態(tài)過濾的方法負(fù)載到PVDF的指狀孔內(nèi)，形成微反應(yīng)器。所得膜能夠?qū)邢趸椒拥乃蛷?fù)雜體系，實現(xiàn)瞬時的硝基苯酚催化降解和油水分離。該方法對于將油水分離膜應(yīng)用于實際含油廢水處理，起到了重要的推動作用。相關(guān)工作已經(jīng)發(fā)表于Chemical Engineering Journal, 2018, 334,579，王建強(qiáng)副研究員和吳紫陽為共同第一作者，劉富研究員為通訊作者。

圖1 PVDF指狀催化反應(yīng)器的制備過程

圖2 PVDF膜油水分離及催化性能

  論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S138589471731759X

2）具有超穩(wěn)定剛性浸潤表面的柔性PVDF油水分離膜。

  針對通常聚合物微孔膜的表面微納結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、在化學(xué)腐蝕及物理損傷下易蠕變及衰減的問題，通過仿生植物根系固定土壤模型，利用微孔PVDF膜表面的微納結(jié)構(gòu)限域固定TiO2納米粒子，制備了具有剛性界面TiO2界面的柔性PVDF微孔膜。所得膜具有優(yōu)異的穩(wěn)定性，能夠抵抗極端物理損傷（液壓、手指擦拭、液氮淬火后砂紙磨擦）、高溫和苛刻的化學(xué)腐蝕（強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑次氯酸鈉），并且能夠連續(xù)有效分離含有表面活性劑的油包水乳液。在錯流模式下，通過負(fù)載超親水納米TiO2粒子制備的PVDF膜，可實現(xiàn)水包油乳液的連續(xù)分離（通量達(dá)1700 L ·m-2 ·h-1，分離效率>96%）（如圖3）。 相關(guān)工作已經(jīng)發(fā)表在Scientific Reports, 2017, 7: 14099，熊竹副研究員和林海波為共同第一作者，劉富研究員為通訊作者，文章發(fā)表后受到了同行的廣泛關(guān)注，該論文是2017年Scientific Reports期刊閱讀量最多的前100篇文章之一。

圖3 超浸潤剛性界面PVDF膜的制備過程

圖4 剛性界面PVDF膜油水分離性能

  論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41598-017-14429-2

3）超大通量靜電紡絲PVDF油水分離膜。

  除了油水廢液的復(fù)雜性和膜界面穩(wěn)定性的制約，油水分離膜往往也受限于膜的低通量和易污染性。針對該問題，團(tuán)隊采用靜電紡絲技術(shù)，通過將靜電紡絲和靜電噴涂相結(jié)合，制備得到了具有超高通量的PVDF納米纖維油水分離膜，具有獨(dú)特的微米級纖維及納米級微球復(fù)合的結(jié)構(gòu)。將該膜應(yīng)用于高粘度的十甲基環(huán)五硅氧烷包水體系時，滲透系數(shù)高達(dá)88166±652 L ·m-2 ·h-1 ·bar-1（分離效率>99%），遠(yuǎn)高于已報道數(shù)據(jù)。該方法制備過程簡單，無需復(fù)雜的表面改性過程，是一種適宜工業(yè)化生產(chǎn)的新方法。相關(guān)工作已經(jīng)發(fā)表在Journal of Materials Chemistry A, 2018, 6, 7014-7020。浙江理工大學(xué)的吳金丹博士和碩士生丁雅杰是論文的共同第一作者，王建強(qiáng)副研究員、浙江理工大學(xué)王際平教授和劉富研究員為該工作的共同通訊作者。

圖5 超高通量PVDF納米纖維油水分離膜的制備過程

圖6 納米纖維PVDF膜油水分離性能

  論文鏈接：http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/ta/c8ta01539b#!divAbstract

  上述系列研究工作受到了國家重點研發(fā)計劃（2017YFB0309600）、國家自然科學(xué)基金（5161101025、51475449、51703233）、中科院青促會（2014258）和寧波市創(chuàng)新團(tuán)隊（2014B81004）等項目的資助支持。