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哈工大王威教授:超润湿二氧化硅纳米纤维膜用

生物医学    2021-09-18 16:55

近几十年来,石油泄漏事故频发、工业化学品持续泄漏、工业含油水排放不断增加,给生态系统安全和人类健康带来了极大的威胁,也造成了宝贵资源的流失。常规的油水处理方法包括撇油、吸附、气浮、混凝等,但大多数都存在一定的问题,如设备大、能耗高、分离效率低。传统的油水处理方法并不能很好地处理高乳化油水,特别是表面活性剂稳定的水包油微乳液。因此,具有选择性润湿性的大孔聚合物膜因其高效、低成本、操作简单、能耗小等优点成为油水分离的潜在候选。但长期使用腐殖酸、多糖、蛋白质、生物膜等天然有机物,容易造成膜污染。

近日,哈尔滨工业大学王威教授课题组开发一种用于高效修复高乳化油水,特别是表面活性剂稳定的油水的电纺膜。在这项工作中,作者通过简单的电纺和受生物启发的结合方法,构建了分层结构、互连孔隙和高孔隙率的仿生超润湿二氧化硅纳米纤维膜(SNFM)。所得膜表现出超润湿性,空气中水接触角为0°,水下接触角为165±3°。此外,SNFM显示出较强的耐酸/耐碱性,优异的热稳定性,良好的柔韧性和高机械强度。分层的SNFM分别处理使用和不使用表面活性剂的水包油微乳液(1000毫克 L-1)时,集成到废水分离罐中水通量高达到7152和1120 L m-2 H-1

总之,该研究通过简单的电纺丝和双生物启发法制备了亲水性和水下超疏油的SNFM,合成的SNP@PDA/PEI-SNFM具有优异的低油粘附性和良好的抗油污染性能,对具有或不具有SDBS稳定性的水包油微乳具有较高的分离性能。此外,由于其无机特性和亲水性硅烷醇基团的存在,分级结构的SNP@PDA/PEI-SNFM表现出较强的抗腐蚀性和耐高温性。更重要的是,与其他无机物相比膜,二氧化硅基纳米纤维膜显示出优异的柔韧性和高机械强度,易于大规模处理含油水。