新型磁性JANUS顆粒促進油水快速分離

中國科學家創造了新的磁性粒子JANUS，這種磁性粒子可以促進油水分離。這些顆粒，被稱為親水/親油磁性JANUS顆粒，它們能夠快速有效地將微尺度的油滴從水中分離出來。

親水/親油磁性JANUS顆粒。（A－C）磁性顆粒示意圖。（D-E）快速高效的油水分離。圖片來源：SONG Yongyang.博士

石油污染已成為當今世界一個普遍的挑戰。在現實中，油通常被歸類為表面活性劑穩定的油滴、浮油、分散油和無表面活性劑的微小油滴幾類。石油對環境不僅環境影響這麼簡單，如今應該用危害來形容。油類可沾附在魚鰓上，使魚窒息，抑制水鳥產卵和孵化，破壞其羽毛的不透水性，降低水產品質量。油膜形成可阻礙水體的復氧作用，影響海洋浮游生物生長，破壞海洋生態平衡，此外還可破壞海濱風景，影響海濱美學價值。

在過去的幾年中，通常通過控制表面潤濕性來實現 分散油、浮油、甚至表面活性劑穩定油滴的有效分離，科研人員已經進行了許多努力。然而，無表面活性劑的微小油滴與水的分離常常被人們忽略。

直徑小於20μm尺度的油滴在水中具有極高的穩定性。當使用傳統方法和超潤濕材料將這些微尺度的油滴從水中分離時，仍然存在著許多挑戰。在實際應用中，油水混合物中的油相經常會以微小油滴(10微米以下)的形式存在，而傳統的油水分離技術難以對其進行連續、高效的分離：例如工業上應用的吸附劑法等，吸附之後的脫附較難實現，難以循環使用，也難以對吸附的油進行再次利用，而額外物質的添加也有可能引入新的污染。

目前，中國科學院理化技術研究所（TIPCCA）的科學家們已經提出了一種新方法，他們採用乳液界面聚合方法來合成具有可控拓撲和化學各向異性的JANUS顆粒。

這種技術也可以用來大規模製造二維JANUS薄膜致動器。

在這些研究的基礎上，這個研究小組最近通過乳液界面聚合和Fe3O4納米粒子的界面組裝，合成了親水/親油的磁性JANUS顆粒，實現了快速、高效地將微米級微小油滴與水分離。當將親水性/親油性的磁性JANUS顆粒摻入水包油乳液中，然後搖動1分鐘後，原本穩定的乳液迅速形成分層。

用磁場調節後，可以將上部的油相迅速吸引到磁體上。整個過程僅僅在兩分鐘內完成。分離效率高達99%，分離效果與油的種類及含油量有關。

科學家還發現，JANUS顆粒的親油性表面有利於捕獲大量的微小油滴，以促使它們聚集。最後，與表面活性劑分子一樣，這些JANUS顆粒可以吸附在大油滴界面，使其保持穩定。

研究人員認為，可以將這些JANUS顆粒自組裝到較大的油滴界面上，並將親水性凸面朝向水相，親油性凹面朝向油相。

這些顆粒為工業廢水的凈化和水質凈化提供了一個非常有價值的候選材料。研究人員期待這種新技術未來可以應用於石油工業和環境保護領域，例如石油泄漏事故的處理、含油工業廢水的凈化以及石油開採中的三次採油等。

文章來自azom，原文題目為：New Magnetic Janus Particles Facilitate Rapid Oil-Water Separation，由材料科技在線匯總整理

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