西南交通大学王勇教授团队在高效油水分离方面的最新研究进展

　　理想的吸附剂具有高吸附能力、高吸附效率和高再生能力，而对连续油水分离的理想分离材料具有高分离效率和高通量。气凝胶是一种典型的多孔材料，具有重量轻、孔隙率极高、表面积大等优点，被认为是理想的油吸附剂，气凝胶基吸附剂的最大吸油能力是其自身重量的数百倍。由于气凝胶孔径较小，机械稳定性和尺寸稳定性较差，大多数气凝胶不能作为过滤材料实现连续的油水分离。通过表面改性，达到疏水/亲脂表面的泡沫/海绵具有较高的油水分离效率和较大的通量，保证了实际应用过程中油水的连续分离。但是，改性泡沫/海绵的吸油能力相对较低。膜分离技术在油水分离过程中通常具有分离效率高、通量大、制造成本低、操作简单等明显的优点，因此膜分离技术受到了研究者的广泛关注，各种膜的研究也得到了发展。为了进一步提高油水分离效率和通量，也进行了表面改性，但大多数改性方法主要是改善电纺膜的超亲水性，而不是提高疏水性和/或亲油性。
　　近日，西南交通大学王勇教授团队通过电纺生物可降解聚乳酸(PLA)和磁性材料γ-Fe2O3纳米颗粒制备了一种具有双尺度多孔结构和纳米结构的新型电纺复合膜（PLA/γ-Fe2O3）。γ-Fe2O3可能提高纤维表面的粗糙度,这有利于增强疏水性,亲油性。每根纤维上的纳米孔提供了吸油空间，纤维间的微孔提供了油水分离过程中渗透油的通道。PLA/γ-Fe2O3 电纺膜具有高孔隙率(> 90%)，超疏水/超亲油性，极高的吸油能力，高渗透油通量以及良好的机械性能。超亲油性能和双尺度多孔结构使复合膜对机油的吸附能力达到268.6g/g。此外，在重力作用下，复合膜还表现出高达2925 L/m2 h的高渗透通量。即使对于油水乳液，复合膜也具有较高的分离效率。因此，PLA/γ-Fe2O3复合膜可用于各种条件下一次性吸附或连续的油/水分离的含油污水处理，尤其是在低温度条件下。相关研究成果以＂Electrospun Fibrous Membranes with Dual-scaled Porous Structure: Super hydrophobicity, Super lipophilicity, Excellent Water Adhesion, Anti-icing for Highly Efficient Oil Adsorption/Separation＂为题目发表于期刊ACS Applied Materials & Interfaces上。
　　图1 (a) SEM图像显示了不同的放大倍数下电纺PLA和PLA/γ-Fe2O3-10膜特征，(b)显示元素铁的EDS分析，(c)显示了电纺PLA和PLA/γ-Fe2O3-10膜表面的AFM图像的对比图，(d)和(e)显示电纺PLA/γ-Fe2O3膜中γ-Fe2O3和甘氨酸含量的分别对孔隙度影响。
　　图2 (a)电纺PLA和PLA/γ-Fe2O3-10膜蒸馏水和CH2I2接触角测量，(b)随着γ-Fe2O3含量增加，复合膜接触角(H2O)的变化，(c)图像显示复合膜具有类似水附着的花瓣表面，(d) 图像显示了随着从液氮取出时间的增加，在载玻片和膜表面冰的形成，(e)显示PLA/γ-Fe2O3-10膜的应力-应变曲线。
　　图3 (a, b) 图像显示了PLA/γ-Fe2O3复合膜对(a)正己烷和(b)CCl4的油吸附能力，(c)显示了正己烷滴在膜时复合膜的吸附行为，(d)纯PLA膜和PLA/γ-Fe2O3复合膜对十个不同的油的吸附容量对，(e)随着γ-Fe2O3含量增加，复合膜的油吸附能力变化图，(f)和(g)分别显示了随油粘度和表面张力变化的油吸附能力。
　　论文链接：https://doi.org/10.1021/acsami.8b19523
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