海上原油泄漏以及在石油化工、機械加工、皮革、紡織等工業生產過程中產生大量的含油廢水,使得油類通過各種途徑進入水體。為了保護生態平衡和人類健康,保護有限的水資源,十分必要對含油污水進行有效分離。雖然目前已經制備出多種具有油水分離功能的特殊浸潤性材料,但是大部分只能對油水混合物進行分離,不能對油水乳液、尤其是表面活性劑穩定的油水乳液(油滴的粒徑比較小,一般小于20 μm,大部分在0.1~2 μm之間)進行有效分離。因而,加強對乳化油水分離膜材料的探索和研究、構建新型的分離方法、提高膜的通量和穩定性是當前亟待解決的關鍵技術問題。
由于碳納米管所形成的薄膜具有微納米尺度的孔道、較好的疏水性能且易于功能化,其在乳化油水分離領域展現出良好的應用前景。中科院寧波材料所高分子事業部陳濤研究員課題組制備了系列基于納米碳管/高分子復合材料的高效乳化油水分離膜。科研人員采用陶瓷材料作為襯底,抽濾納米碳管成膜,采用自引發光接枝光聚合(self-initiated photografting and photopolymerization,SIPGP)的方法接枝疏水性的高分子聚苯乙烯(PS)到納米碳管的表面,協同納米碳管薄膜的高粗糙度表面,獲得超疏水性的雜化薄膜材料。該膜可用于微米和納米級油包水乳液的大通量、高效分離。研究成果發表在JMCA(2014, 2, 15268-15272)上,并被選為該期雜志的內封面。在此基礎上,將得到的超疏水性的PS/CNTs膜反轉并轉移到另一個基底上,再次通過SIPGP進行高分子的功能化,將親水性的聚甲基丙烯酸二甲胺乙酯(PDMAEMA)接枝到碳納米管膜的表面,從而得到具有雙面(Janus)結構的PDMAEMA/CNTs/PS薄膜,賦予其對油包水和水包油的乳液的選擇性油水分離效果。相應的研究成果發表在ACS Appl. Mater. Interfaces(2014, 6, 16204-16209上。
該系列工作從界面化學的角度,通過對材料粗糙度及表面化學能的調控,對油水分離膜材料的制備及乳化油水分離性能進行了系統深入的研究,提供了新的乳化油水分離的思路和方法。研究工作得到了國家青年千人計劃、國家自然科學基金(51303195, 21304105)、浙江省杰出青年基金(LR14B040001)及寧波市自然科學基金(2014A610127)的資助。
系列基于納米碳管/高分子復合材料的高效乳化油水分離膜的制備及其油水分離
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