石油泄漏是一個(gè)全球性的環(huán)境問題，并且頻繁發(fā)生，造成石油資源的浪費(fèi)，甚至威脅到海洋生物和人類安全。由于單向運(yùn)輸性能，“油二極管”Janus膜在油水分離方面引起了廣泛關(guān)注。因此，構(gòu)筑具有“油二極管”Janus膜是非常有必要的，其為高效快速油水分離及回收提供思路。
近日，城市水資源與水環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室成員、哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）程喜全副教授研究團(tuán)隊(duì)提出一種銅網(wǎng)疏水改性加靜電紡絲策略，該項(xiàng)策略在超疏水銅網(wǎng)上靜電紡絲一層超親水聚乳酸薄膜，通過控制疏水改性的正十六硫醇濃度和靜電紡絲時(shí)間，制備出環(huán)境友好的“油二極管”Janus膜，并對正辛烷油柱展現(xiàn)出12 kPa抗油柱壓力和對含有表面活性劑的穩(wěn)定的正辛烷油包水乳液展現(xiàn)出優(yōu)異的分離性能。該工作以“Constructing Environmental-friendly “Oil-diode” Janus Membrane for Oil/Water Separation”為主題發(fā)表在《ACS Nano》上。文章第一作者兼通訊作者為哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）程喜全副教授，共同通訊作者為歐洲膜學(xué)會名譽(yù)主席Enrico Drioli。哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）碩士研究生葉燕燕為第二作者。
圖1 （A）PEA與PEGDGE的反應(yīng)過程；（B）膜制備過程及其特點(diǎn)；（C）膜的單通道及油水混合液分離性能。
作者在文章中闡述了HO膜、HI膜、HI/HO膜以及HO/HI膜對于柴油的滲透機(jī)制。通過控制正十六硫醇濃度，制備得到表面含有部分凸起親水結(jié)構(gòu)的超疏水銅網(wǎng)，同時(shí)控制靜電紡絲時(shí)間，獲得性能最優(yōu)的“油二極管”Janus膜。展現(xiàn)出12 kPa的抗油壓力，其性能明顯優(yōu)于大多數(shù)Janus膜。
圖2 Janus膜的油單通道輸送性能
所制備的Janus膜對重油/水混合液、輕油/水混合液以及含有表面活性劑的正辛烷油包水乳液有著優(yōu)異的分離性能。其中，HI/HO膜對于正辛烷油包水乳液分離的滲透通量為2993 L m-2 h-1 bar-1，分離效率高達(dá)99.6%。HO/HI膜對正辛烷油包水乳液分離效率93%~99%，可以應(yīng)用于不同分離效率要求的工藝中。
圖3 Janus膜的油水分離性能
作者實(shí)現(xiàn)了一種簡便的方法來制造環(huán)保的“油二極管”Janus膜。作者認(rèn)為表面潤濕性，特殊的凸起結(jié)構(gòu)如花蕾和材料特性可以產(chǎn)生疊加的效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)單向液體滲透，并通過抗油壓力得到證明。在膜的疏水側(cè)引入一些具有部分親水表面的微納米結(jié)構(gòu)是提高拉普拉斯壓力的關(guān)鍵。有趣的是，精心設(shè)計(jì)的膜可以在一定條件下很好地分離重油/水混合物和輕油/水混合物。此外，所制備的膜對含有表面活性劑的穩(wěn)定油包水乳液表現(xiàn)出優(yōu)異的分離性能，滲透率約為 2993 L m-2 h-1 bar-1，分離效率高達(dá)99.6%。具有超高抗油壓力的“油二極管”Janus膜在智能液體分離、各種油水乳液分離等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。
論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.1c11388
作者介紹：
程喜全副教授鏈接：http://homepage.hit.edu.cn/chengxiquan
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