蘇州納米所實現(xiàn)高粘度油水分離新突破
形形色色的“油”推動了社會的發(fā)展，提高了生活的品質(zhì)，可以說，人離不開油。然而，因海洋漏油、工業(yè)廢油和生活用油等產(chǎn)生的含油廢污水也嚴重破壞生態(tài)環(huán)境、危害人類健康，成為人類生存發(fā)展的新挑戰(zhàn)，油水分離也成為全世界共同的研究課題。在油水分離中最令人頭疼的難題之一是原油、重油等高粘度油的分離或漏油處理，該類油極易粘附并污染分離材料和設(shè)施，造成其功能失效，很多超浸潤材料也不能幸免。
為攻克這一難題，中科院蘇州納米所研究人員與中科院上海應(yīng)用物理所、山東大學(xué)合作，將具有強吸水能力和親水性能的水凝膠材料與傳統(tǒng)高分子成膜材料有機結(jié)合，成功制備了對原油、重油等高粘度油具有水中超疏、零粘附、抗污染、自清潔功能的高強度離子化水凝膠聚合物膜材料。該材料是由聚丙烯酸接枝的聚偏氟乙烯（PAA-g-PVDF）通過堿誘導(dǎo)相轉(zhuǎn)化方法制備，在相轉(zhuǎn)化過程中PVDF接枝的PAA發(fā)生原位離子化，形成水合能力更強的聚丙烯酸鈉（PAAS）水凝膠區(qū)（圖1），從而賦予PAAS-g-PVDF膜優(yōu)異的水中超疏油、零油粘附性能。相關(guān)論文發(fā)表于Advanced Materials（DOI:10.1002/adma.20160417）。
圖1. PAAS-g-PVDF制備過程示意圖。
PAAS-g-PVDF對原油、重油等高粘度油均展現(xiàn)出大于165°的水中疏油角和幾乎為零的油粘附力。PAAS-g-PVDF能涂覆到各種基材上形成涂層，也可以直接利用溶劑相轉(zhuǎn)化工藝制成多孔濾膜，其對高粘度油具有優(yōu)異的水中抗粘附和自清潔功能，如圖2所示，原油在水中無法粘附、污染PAAS-g-PVDF。即使PAAS-g-PVDF在空氣中接觸原油，將其放入水中原油會自動脫離，實現(xiàn)自清潔。該涂層材料可用于原油泄漏時所需的防油服、防油設(shè)施等，具有極大應(yīng)用前景。
圖2 PAAS-g-PVDF涂覆在各種基材表面均展現(xiàn)出優(yōu)異的水中抗原油污染和自清潔性能。
PAAS-g-PVDF涂覆的絲網(wǎng)膜可以實現(xiàn)快速、高效的高粘度油/水分離。以粘度高達21 mPa s?1的輕原油為例，分離后水中油含量低至0.5 ppm，收集的原油純度達到98.7%。同時，該網(wǎng)膜用簡單的水清洗即可以重復(fù)使用（圖3）。
圖3. PAAS-g-PVDF涂覆的網(wǎng)膜分離原油/水混合物。
為什么該離子化的水凝膠聚合物具有如此優(yōu)異的抗原油黏附性能？為此我們進行了分子動態(tài)模擬計算，結(jié)果表明離子化的PAAS比PAA能形成更穩(wěn)定的氫鍵網(wǎng)絡(luò)，束縛更多的水分子，水分子脫離束縛能更大，因而可以形成更強、更穩(wěn)定的水合保護層，從而賦予PAAS-g-PVDF超強的超疏油和抗油黏附性能。更多濾芯材料請訪問s1l6e.cn
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