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  近日，中國科學院理化技術研究所王樹濤研究員團隊報道了一種親水/親油的磁性Janus微球，可以從水中快速、高效地分離出微小的油滴。該研究成果以“Hydrophilic/Oleophilic Magnetic Janus Particles for the Rapid and Efficient Oil-Water Separation”為題發表在Advanced Functional Materials上。

  隨著海上原油泄漏事故的頻繁發生以及工業及生活中含油廢水的大量排放，水中油污染已經成為危害人類健康及環境安全的重大問題。通常，油在水中往往以浮油、分散油、乳化油或無表面活性劑穩定的微小油滴的形式存在。近年來，基于表面浸潤性的膜、海綿等材料被相繼開發，并用于分離浮油、分散油甚至是乳化油等，取得了良好的分離效果。然而，從水中分離出微小的油滴往往被人們忽略，這些油滴尺寸通常小于20 μm，在水中能長時間穩定存在，傳統的分離方法很難將其分開。因此開發新型的油水分離材料用于水中微小油滴的分離顯得極為迫切。

  最近，王樹濤研究員團隊發展了一種普適性的乳液界面聚合的方法，實現了拓撲結構和化學組成可調的Janus微球材料和膜材料的可控制備(Sci. Adv. 2017, 3, e1603203; Macromolecules 2018, 51, 1591-1597; NPG Asia Mater. 2017, 9, e380；Mater. Chem. Front., 2017, 1, 1028)。這些Janus微球能選擇性地吸附納米粒子、生物分子或捕獲細菌、膠體微球。因此，研究人員設想：能否借助這些Janus微球獨特的結構和性質（凹面親油，凸面親水）去捕捉水中的微小油滴？

  基于此，研究人員通過油水乳液界面聚合結合納米粒子界面組裝的方法制備了磁性的Janus微球。這些微球具有類似抓手的結構，其凹面親油、凸面親水。當把磁性Janus微球加入到油水乳液中時，這些微球能從水中快速分離出微小的油滴，整個分離過程只需2分鐘，分離效率高達99%，并適用于不同比例、不同種類的油水混合物。

圖1 (a-c) 磁性Janus微球的制備; (d-e) 磁性Janus微球用于油水分離。

  進一步研究發現，當把磁性Janus微球加入到油水乳液中時，他們利用其‘抓手’可以有效的捕捉水中的微小油滴形成雪人狀結構，在劇烈的晃動過程中，Janus微球又可以促使被捕捉到的微小油滴合并形成大的油滴，使得油水乳液分層。最后，類似小分子表面活性劑性質，這些Janus微球利用其親水/親油的兩面性質，可以穩定合并的大油滴。通過用石蠟代替液態油來觀察微球在油滴表面的取向，發現大部分微球的親水面朝向水相，親油面朝向油相。這種磁性Janus微球為開發新型的油水分離材料提供了新的思路，有望應用于工業廢水的處理和水凈化等領域。

圖2 油水分離機理。

  該論文的第一作者為中國科學院理化技術研究所、中國科學院仿生材料與界面科學重點實驗室的博士生宋永楊，通訊作者為王樹濤研究員、樊俊兵副研究員。該論文的合作者還包括北京航空航天大學的周嘉嘉副教授等。

  該工作得到了的國家自然科學基金杰出青年基金，中組部國家“萬人計劃”領軍人才項目，北京市科委計劃項目等資金的支持。

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.201802493?af=R