蘇州納米所高粘度油水分離研究取得新進展

發布時間：2016-05-19 11:08 原文鏈接：蘇州納米所高粘度油水分離研究取得新進展

　　形形色色的“油”推動了社會的發展，提高了生活的品質，可以說，人離不開油。然而，因海洋漏油、工業廢油和生活用油等產生的含油廢污水也嚴重破壞生態環境、危害人類健康，成為人類生存發展的新挑戰，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，中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所靳健課題組將具有強吸水能力和親水性能的水凝膠材料與傳統高分子成膜材料有機結合，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）通過堿誘導相轉化方法制備，在相轉化過程中PVDF接枝的PAA發生原位離子化，形成水合能力更強的聚丙烯酸鈉（PAAS）水凝膠區（圖1），從而賦予PAAS-g-PVDF膜優異的水中超疏油、零油粘附性能。相關論文發表于Adv. Mater. DOI:10.1002/adma.20160417。

　　PAAS-g-PVDF對原油、重油等高粘度油均展現出大于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化工藝制成多孔濾膜，其對高粘度油具有優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、防油設施等，具有極大應用前景。

　　PAAS-g-PVDF涂覆的絲網膜可以實現快速、高效的高粘度油/水分離。以粘度高達21 mPa s?1的原油為例，僅在重力作用下，分離時水通量達到50000 L m-2 h-1，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，該網膜用簡單的水清洗即可以重復使用（圖3）。

　　為什么該離子化的水凝膠聚合物具有如此優異的抗原油黏附性能？為此研究人員進行了分子動態模擬計算，結果表明離子化的PAAS比未離子化的PAA能形成更穩定的氫鍵網絡，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。