第十四届全国表面工程大会

360 / 2022-10-05 10:08:15

仿生超浸润油水分离材料的制备及性能研究

超浸润；油水分离

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摘要：频繁的溢油事件和各种工业过程中产生的大量含油废水对人类的正常生产和生活以及周边生态环境造成了前所未有的危害，这使得油水分离成为了世界性的挑战。课题组利用材料表面对油和水不同的浸润性，制备了一系列油水分离材料。针对膜分离领域分离效率和通量此消彼长的“Trade-off”效应，受沙漠甲虫“空气中集水”性能的启发，首次构建了一种与沙漠甲虫结构相似但浸润性能相反的油水乳液分离膜，该膜由凸起的疏水/亲油ZIF-8颗粒和底层的水下超疏油PAN纤维膜组成。在分离水包油乳液时，凸起的疏水/亲油颗粒能够实现“水中集油”而底层的水下超疏油材料对乳液起到筛分作用，成功地实现了表面活性剂稳定的水包油乳液甚至水包原油乳液的高效和高通量分离。在此基础上，揭示了“捕获-聚集-分离”的强化分离机理[1]。针对油水混合物不能按需和高效分离的问题，受“阴阳平衡”启发，提出了普适性制备水下超疏油和油下超疏水油水分离材料的新策略。选取APT，TiO₂和黄土为研究对象，采用精确控制表面化学的方法，系统分析和讨论了超浸润现象的设计原理，从而证明通过亲-疏水混合喷涂可以成功制备出在油水系统中实现双重超疏液的表面[2]。针对大多数油水分离材料浸润性单一，只能分离单一类型的油水乳液等问题。通过采用自底向上的方法制备得到具有不对称浸润性的Janus纳米纤维膜可处理不同类型的油水乳液，并且不对称性质可以在分离过程中提供内在驱动力，从而提高分离过程的能量效率[3]。这些油水分离材料都是极其容易获得的，并且具有制备简单、低成本、环境友好等优点，拥有良好的应用前景。

关键词: 油水分离；水下超疏油；油下超疏水；