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江南大學董亮亮《Nat. Commun.》：“小”氣體“大”用途2.0 - 可用于油/水分離系統的CO?響應性分離膜

2023-03-07 來源：高分子科技

頻繁的石油泄漏事故以及工業和居民生活污水的大量排放造成嚴重的環境污染，危害人類健康，因此，開發高效油水分離膜材料成為當前的研究熱點之一。刺激響應性分離膜是一類可通過“感知”周圍環境變化來自發調控膜的物化性質從而實現對膜通量和選擇性的可逆調節的智能分離膜。這種特性使其在實際的油水分離過程中具有靈活性與可控性。然而，這類分離膜往往面臨著制備工藝復雜、成本高、響應性不夠靈敏、自清潔性能差和難以規模化制備等問題。

圖1 基于毛細力驅動的限域自組裝制膜過程

針對上述問題，江南大學化學與材料工程學院膜科學與膜過程團隊（MSMP）的董亮亮副教授受自然界毛細現象啟發，提出了一種基于毛細力驅動的限域組裝制膜新策略，成功構建了可用于各種油/水分離體系的CO₂響應性分離膜（圖1）。與其他刺激方式相比，CO₂刺激具有環境友好、成本效益高、對膜結構損害等優點。并且通過調控毛細力大小，可以實現CO₂響應性聚物在基膜表面快速均勻地附著，從而表現出優異的潤濕性切換（圖2A）。制備的CO₂響應性分離膜可應用于各種油/水分離體系（如油/水混合物、表面活性劑穩定的油/水乳液、多相乳液（圖2B）和含污染物乳液），均具有優異的分離效率（>99.9%）和自清潔性能（圖2C，D）。該工作以“Scalable and switchable CO2-responsive membranes with high wettability for separation of various oil/water systems”為題發表在《Nature Communications》上(Nat. Commun., 2023, 14, 1108)。文章第一作者是江南大學化學與材料工程學院碩士研究生汪楊楊，共同一作為江蘇大學的楊紹康博士、清華大學的張經緯博士，通訊作者為江南大學化學與材料工程學院董亮亮副教授。該工作得到國家重點研發計劃、中央高校基本科研基金等基金支持。

圖2 A氣體控制可切換潤濕性；B多項乳液分離過程；C，D膜的自清潔性能與刺激響應分離機理

該工作是團隊近期關于CO₂響應性分離膜的最新研究進展之一，近年來該團隊還開展了多項CO₂響應性分離膜的研究，通過改變氣體刺激源（CO₂/Ar）,實現了膜對不同分子和離子的選擇分離，拓展了CO₂響應性分離膜在超濾、納濾等領域的應用（Chem. Commun., 2017, 53, 9574；J. Mater. Chem. A, 2018, 6, 6785；J. Membr. Sci.，2019, 592, 117374；J. Mater. Chem. A, 2020, 8, 16738）

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-36685-9

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（責任編輯：xu）

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