當前，油汙已經成為水汙染的主要來源並且帶來了嚴重的環境問題，如何有效、快速的處理含油汙水已成為了亟待解決的問題。膜分離技術因其具有可連續化操作、高效以及環境友好等諸多優勢被認為是一種有前景的油水分離方法。從原理上看，具有相反表面潤溼性的膜材料，如疏水-親油型和親水-疏油型膜都可以實現含油汙水的有效分離。然而，疏水-親油型膜的表面容易被油汙染，在使用過程中的分離效率也會不斷下降。相比之下，親水-疏油型膜具有優異的憎油性，可以有效的避免使用中的膜汙染問題。近年來，已經有不少報導成功實現了親水-疏油型膜的製備，其製備策略通常是在多孔基體上塗覆上親水材料（如水凝膠、高分子毛刷以及無機納米粒子等），但是這些膜材料往往存在著耐久性差以及通量較低等問題。因此，如何製備出耐久性和油水分離性能優異的水下超疏油膜依然存在著挑戰。
圖1 超親水-水下超疏油膜的製備示意圖
本研究選用棉織物作為基體，首先將帶有多個乙烯基的多面體寡聚倍半矽氧烷（VPOSS）接枝到棉織物表面，隨後通過「巰基-烯」的點擊化學反應將棉織物表面的疏水的乙烯基轉化為親水的羧基（如圖1），製備出了具有超親水-水下超疏油性能的膜。由於POSS納米粒子具有熱穩定性、機械性能以及耐紫外性優異等特點，該方法所得的水下超疏油膜可以長期耐受機械磨損、超聲波清洗、紫外線照射和腐蝕性水溶液的侵蝕，並且保持優異的水下超疏油性（圖2）。
圖2 超親水-水下超疏油膜的耐磨性測試示意圖（A），經過長期機械磨損（B）、超聲（C）、酸鹼（D）、鹽（E）溶液浸泡以及紫外輻照（F）後的水接觸角和水下油接觸角
油水分離實驗表明，這種水下超疏油膜能夠實現各種油水混合物的快速（通量可達88214 L·m-2·h-1）、高效分離（>99%），並表現出優異的耐久性，即使經過50次分離，其分離效率依然保持在較高水平（>98％），如圖3所示。
圖3 超親水-水下超疏油膜對各種油水的分離性能
相關成果以「Fabrication ofsuperhydrophilic and underwater superoleophobic membranes for fast andeffective oil/water separation with excellent durability」發表在Journal of Membrane Science（Journal of Membrane Science, 2020: 118898.）上。文章第一作者為四川大學高分子學院的碩士生周岱林和鄧楊，傅強教授和韓迪博士為本文的通訊作者。感謝國家自然科學基金創新群體項目（51721091）對本工作的支持！
來源：FQ課題組
原文連結：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0376738820314733