多功能性二維非對稱油水分離膜方面取得進展

隨著社會工業化和信息化進程的加快，工農業生產和日常生活不斷消耗大量的油類能源產品和化工製品。通常情況下，工農業產生的油污廢水組分十分複雜，不僅含有不溶的油污，往往還含有多種類型的有機以及金屬離子等污染物。如何綜合處理組分複雜的油污廢水，讓分離後的油更純、水更凈，甚至回收再利用廢水中的有用資源，是目前污水治理的熱點和難點之一。

中國科學院寧波材料技術與工程研究所智能高分子團隊研究員陳濤和黃又舉通過高分子表面接枝改性碳納米管薄膜，調節複合薄膜的表面和內部組成與結構，並與納米金粒子結合，構建出系列多功能二維非對稱的油水分離膜材料，在綜合處理複雜組分油污廢水方面取得進展。

為有效去除油污中的有害污染物，研究人員將高密度負載金納米顆粒的複合微球（PS@AuNPs）與碳納米管薄膜相結合，構建了一種表面水下超疏油、下層具有催化功能的多級複合薄膜（J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 10810）。不僅可以高效快速分離油水乳液，而且水相流經下層的彎曲孔道時，與孔道內壁的金納米粒子充分接觸，水中有機污染物能被快速催化分解，從而同時實現油水乳液分離和催化分解水中的有機污染物，處理通量達到3500，催化效率最高可達92.6%。

近期，為了處理油污廢水中的金屬離子，從中選擇性回收再利用廢棄的貴金屬離子，研究人員合成了一種新型含有醯肼基團的親水性高分子，並將其共價接枝在碳納米管表面，製備出具有超親水/水下超疏油表面的多功能碳納米管複合薄膜（J. Mater. Chem. A,2018, 6, 10217，如圖）。

通過系統研究碳管表面高分子的結構、官能團含量、薄膜微觀結構等，協同利用聚醯肼高分子刷的親水性、選擇還原性以及碳管薄膜的微孔結構，不僅可以有效分離表面活性劑穩定的油水乳液，同時還可以直接從油水乳液中選擇性回收貴金屬離子，並將其還原成納米粒子原位負載於碳管表面。回收形成小粒徑的貴金屬納米粒子（粒徑小於10nm）具有良好的催化功能，進一步用於催化分解水中的有機污染物，從而達到「以污治污」、綜合治理油污廢水的目的。

該研究得到國家自然科學基金、中科院前沿科學和教育局、中科院青年創新促進會等的資助。

圖：碳納米管/聚醯肼複合薄膜的構建及其油水分離、貴金屬離子回收功能

來源：中國科學院寧波材料技術與工程研究所

圖：碳納米管/聚醯肼複合薄膜的構建及其油水分離、貴金屬離子回收功

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