PVDF油水分離膜材料取得系列進展

最新 04-28

隨著我國經濟的快速發展，大量的含油污水被排放，同時海洋原油泄漏事件頻發，對生態環境和人類的健康造成了嚴重威脅。傳統油水分離方法主要包括氣浮法、離心分離法、吸附和燃燒等，但均存在效率低、成本高、應用範圍窄等缺點。超浸潤分離膜由於具有結構可控性好、分離效率高和分離精度高的優點，目前成為油水分離領域的研究熱點。近期，中國科學院寧波材料技術與工程研究所研究員劉富團隊（先進功能膜）在高性能聚偏氟乙烯（PVDF）油水分離膜方向取得了一系列新成果。

1）PVDF瞬時催化及油水分離膜。針對複雜體系的油水分離問題，以機械性能和熱穩定性能優異的聚偏氟乙烯（PVDF）為基膜，製備得到具有微納米多級組裝結構的PVDF-AuNPs微反應器分離膜。首先利用聚多巴胺作為膜表面「功能塗層」，對PVDF基膜進行初步修飾，然後將AuNPs微球通過動態過濾的方法負載到PVDF的指狀孔內，形成微反應器。所得膜能夠對含有硝基苯酚的水包油複雜體系，實現瞬時的硝基苯酚催化降解和油水分離。該方法對於將油水分離膜應用於實際含油廢水處理，起到了重要的推動作用。相關工作已經發表於Chemical Engineering Journal, 2018, 334,579，副研究員王建強和吳紫陽為共同第一作者，劉富為通訊作者。

2）具有超穩定剛性浸潤表面的柔性PVDF油水分離膜。針對通常聚合物微孔膜的表面微納結構不穩定、在化學腐蝕及物理損傷下易蠕變及衰減的問題，通過仿生植物根系固定土壤模型，利用微孔PVDF膜表面的微納結構限域固定TiO2納米粒子，製備了具有剛性界面TiO2界面的柔性PVDF微孔膜。所得膜具有優異的穩定性，能夠抵抗極端物理損傷（液壓、手指擦拭、液氮淬火後砂紙磨擦）、高溫和苛刻的化學腐蝕（強酸、強鹼、強氧化劑次氯酸鈉），並且能夠連續有效分離含有表面活性劑的油包水乳液。在錯流模式下，通過負載超親水納米TiO2粒子製備的PVDF膜，可實現水包油乳液的連續分離（通量達1700 ，分離效率>96%）（如圖3）。相關工作已經發表於Scientific Reports, 2017, 7: 14099，副研究員熊竹和林海波為共同第一作者，劉富為通訊作者，文章發表後受到了同行的廣泛關注，該論文是2017年Scientific Reports期刊閱讀量最多的前100篇文章之一。

3）超大通量靜電紡絲PVDF油水分離膜。除了油水廢液的複雜性和膜界面穩定性的制約，油水分離膜往往也受限於膜的低通量和易污染性。針對該問題，團隊採用靜電紡絲技術，通過將靜電紡絲和靜電噴塗相結合，製備得到了具有超高通量的PVDF納米纖維油水分離膜，具有獨特的微米級纖維及納米級微球複合的結構。將該膜應用於高粘度的十甲基環五硅氧烷包水體系時，滲透係數高達88166±652（分離效率>99%），遠高於已報道數據。該方法製備過程簡單，無需複雜的表面改性過程，是一種適宜工業化生產的新方法。相關工作已經發表於Journal of Materials Chemistry A, 2018, 6, 7014-7020。浙江理工大學博士吳金丹和碩士生丁雅傑是論文的共同第一作者，王建強、浙江理工大學教授王際平和劉富為該工作的共同通訊作者。