超亲水超疏油油水分离膜的制备及其性能

超亲水-超疏油油水分离膜是一种过水隔油的特殊分离膜,在处理海洋溢油污染、环境含油废水时具有保持分离膜不被油污染的优势,有十分重要的实际意义。为了掌握近年来超亲水超疏油分离膜的发展动态,本文首先以液体静压力与毛细作用力为基础阐述亲水疏油膜的油水分离机理;然后分类概括超亲水-超疏油金属基底网膜、刺激响应油水分离膜、无基底聚合物膜材料的制备及各项性能的研究新进展;最后总结目前在该领域仍存在的问题并进行展望。     

超亲水疏油材料的制备及其油水分离性能

含油污水的随意排放对海洋、沿海周边环境以及人类健康造成了严重的影响。传统的油水分离方法易造成环境二次污染,同时也是对有限资源的一种损耗。因此,如何高效环保地解决含油污水问题具有重要意义。物理过滤/吸附法被认为是一种高效环保的分离方法,基于仿生学原理,许多可用于物理选择性分离的超亲油疏水和超亲水疏油材料被制备出来。超亲油疏水材料易被油污染,重复利用率低;相比之下,超亲水疏油材料具有自清洁性且重复利用率高,在油水分离方面具有广阔的应用前景。根据基底材料的选择不同,本文综述了金属基以及高分子基超亲水疏油材料的研究现状,总结了其优缺点,并对今后超亲水疏油材料的研究方向和重点进行了展望。     

具有水下超疏油性能的MXene高效油水分离膜

基于二维材料MXene(Ti₃C₂T_x)的化学组成和纳米片状结构, 在不锈钢网上制备了具有MXene微纳结构表面的新型亲水和水下超疏油分离膜. 对于不同类型的油-水混合物, 该膜材料可实现重力驱动的高效油水分离, 收集的水中残油量小于4 mg/L, 具有高分离效率(>99.99%), 水通量高达57.52 L·m^-2·s^-1. 此外, 经高温处理和多种有机溶剂浸泡后MXene膜仍具有高效的油水分离性能, 并表现出优异的稳定性和循环性.     

超润湿膜在乳化液破乳中的应用及作用机制

超润湿膜材料由于对水和油有独特的润湿性质,可显著提高膜材料处理乳化液的通量,有效缓解严重的膜污染问题,因此在乳化液废水处理领域受到越来越多的重视。本文从超润湿膜的设计制备、分离效果和作用机制三个方面进行分析和总结。超润湿膜材料包括超亲水膜、Janus膜和功能位点膜,主要通过构建亲水表面和粗糙结构进行膜的设计制备,其中静电纺丝法合成的交联纤维膜由于可以突破筛分效应对膜孔径的限制,在乳化液分离中具有较好的应用前景。同时,归纳超亲水膜的滤水破乳模式和Janus膜的集油破乳模式,前者具有操作压力低、过滤通量高、抗污染性能好的特点,后者具有高纯度集油的特点;并分析膜润湿性、膜孔径、膜上功能位点等膜结构性质和表面活性剂浓度大小等因素对乳化液破乳分离效能的影响规律。最后,总结液滴在膜垂向和切向上的迁移转化规律,以及在Janus膜集油破乳过程中液滴穿透过膜的机制及其力学分析探讨,该部分研究当前主要是基于液滴形态变化的推测和力学的定性分析,对于相关机制的实证和定量的力学分析还有待进一步探究。     

溶液浸泡结合表面涂层制备超疏水-超疏油表面

超疏水-超疏油材料在防污、防水、防油等领域有广泛的应用前景而引起人们极度关注。 本文用全氟辛酸溶液浸泡锌粉制得超疏水-超疏油锌粉,用聚乙烯醇胶将超疏水-超疏油锌粉粘合、固定到玻璃、木头、塑料、不锈钢、纸片、石头表面后可制得超疏水-超疏油表面,水滴、油滴在其表面的接触角均超过150°。 锌粉与全氟辛酸反应后生成Zn[CF₃(CF₂)₆COO]₂,氟代长链烷基的低表面能化学组成与微纳米粗糙结构的协调作用使其表现出超疏水、超疏油性能。 相关研究有望为超双疏材料的设计、制备及其在自清洁、防水防油及抗污等领域的应用提供借鉴。     

水下超疏油仿生特殊粘附界面材料的研究进展

水下超疏油表面由于在防污材料、微流控技术、生物粘附等方面具有广泛的应用前景,已经引起人们的普遍关注。本文简单介绍了浸润性在液相体系的相关概念及基础理论,综述了自然界中的水下超疏油低粘附生物体典型实例以及水下超疏油仿生特殊粘附界面材料的仿生制备和智能调控,并对水下超疏油仿生界面材料的发展进行了展望。     

单宁酸/两性离子改性油-水分离膜的制备及性能

以不锈钢网为基材, 利用单宁酸对不锈钢网进行表面预处理并功能化接枝两性离子基团, 制备了新型亲水和水下超疏油的单宁酸/两性离子改性油-水分离膜(TA-ZW-SSM). 利用X射线光电子能谱仪(XPS)、 扫描电子显微镜(SEM)及接触角测量仪等表征了其化学结构、 形态和润湿性. 研究结果表明, 两性离子基团通过化学键接枝在单宁酸预处理的不锈钢网表面. 油-水分离实验结果表明, 对于不同类型的油-水混合物, 本文制备的超亲水和水下超疏油特性的TA-ZW-SSM可实现重力驱动的高效油-水分离, 并具有较好的化学稳定性及再循环性.     

超亲水-水下超疏油PVDF-g-PAA多孔膜的制备及油水分离性能

采用相反转方法制备了丙烯酸(AA)接枝的超亲水-水下超疏油聚偏氟乙烯膜(PVDF-g-PAA),通过加入一定量的聚乙烯吡咯烷酮获得可用于油水分离的多孔聚偏氟乙烯膜.多孔聚偏氟乙烯膜具有较好的抗油污染性能及较高的力学强度,可以快速高效地分离油水混合体系和乳化油水体系,分离性质稳定,多次使用后对油水混合物的分离效率在98%以上,对油水乳化液的分离效率在91%以上,可广泛应用于油水混合体系和乳化油水体系的油水分离.     

溶液浸泡结合表面涂层制备超疏水-超疏油表面（英文）

超疏水-超疏油材料在防污、防水、防油等领域有广泛的应用前景而引起人们极度关注。本文用全氟辛酸溶液浸泡锌粉制得超疏水-超疏油锌粉,用聚乙烯醇胶将超疏水-超疏油锌粉粘合、固定到玻璃、木头、塑料、不锈钢、纸片、石头表面后可制得超疏水-超疏油表面,水滴、油滴在其表面的接触角均超过150°。锌粉与全氟辛酸反应后生成Zn[CF_3(CF_2)_6COO]_2,氟代长链烷基的低表面能化学组成与微纳米粗糙结构的协调作用使其表现出超疏水、超疏油性能。相关研究有望为超双疏材料的设计、制备及其在自清洁、防水防油及抗污等领域的应用提供借鉴。     

仿生超疏油材料在苛刻工况条件下的应用

超双疏兼备超疏水和超疏油两种极端不润湿现象,其中超疏油的实现难度更大,应用前景广阔。为了获得超疏油材料,通常采用仿生思路,在材料表面构建粗糙结构和以含氟低表面能物质修饰表面。表面粗糙结构在机械力学作用下易遭到破坏,例如摩擦和冲击。低表面能物质修饰层在光照条件下易分解,而诸多的太阳能装置如太阳能电池板,必须在室外工作。耐紫外的超疏油性可以帮助这些设施实现高效工作并延长使用期限,节约资源。更进一步,科研人员研究了超疏油材料在各种苛刻条件下的可靠性。本文应用新进展聚焦在超疏油材料在紫外线照射下的可靠性或可逆响应性;超疏油材料经过撞击之后的油滴接触角变化;在高温条件下超疏油材料的极端润湿性能保持能力;在冲击条件下的稳定性,甚至包括了多种复合苛刻条件下的超疏油材料的耐受性。由于大多的工业环境无法避开摩擦和腐蚀,因此本文着重从超疏油材料的耐摩擦性和抗腐蚀性两个方面讨论了其研究现状,同时也讨论了超疏油在其他工程应用方面的可靠性。最后,总结了各实验方案的优缺点、实验与工业化过程中存在的问题、有望突破的方向,以及作者对于在苛刻工况条件下提升超疏油材料可靠性的观点。     

超亲水/超疏气电解水催化剂的研究进展

电解水制氢是一种环保、简便且易于操控的制氢技术。工业化电解水制氢通常在高电流密度下进行,在制氢过程中会产生大量气泡,而气泡在电极表面聚集粘附会覆盖大量活性位点,导致电解水效率降低。因此,调控气体扩散行为对于工业电解水应用来说至关重要。近年来,超浸润材料因为其独特的润湿性能而备受关注。通过控制催化剂表面的化学组成和多尺度微纳米结构可以构建出超浸润界面材料。此类材料具有超亲水/超疏气的界面结构,有助于水相电解液的有效浸润和原位生成气泡的快速释放,从而提升催化剂的水电解性能。系统介绍了2014年至2023年期间报道的部分具有超亲水/超疏气界面结构的电解水催化剂的现状,概述其材料的合成设计策略和水电解催化性能,并对超浸润水电解催化剂的研究现状、面临的挑战和应用前景进行了总结和展望。     

胶体光子晶体膜的超浸润性研究进展

近年来,由于具有特殊浸润性的胶体光子晶体膜在传感、检测、催化等方面的重要应用,胶体光子晶体膜的超浸润研究受到科研工作者的广泛关注.本文阐述了包括超亲液、超疏液、两亲性、梯度浸润性、可调控浸润性、图案浸润性等具有特殊浸润性光子晶体膜的制备及其相关应用,并讨论疏水、超疏水和亲-疏图案不同浸润性基底对所制备胶体光子晶体膜的功能性及其相关应用的影响.该工作对于发展新型功能型材料器件的制备具有重要的借鉴及指导意义.     

利用蜡烛灰制备超疏水疏油抗菌涂层

利用蜡烛灰制备了超疏水疏油涂层, 并证明其具有优异的抗菌性能. 蜡烛灰的多孔网状的纳米结构放大了低表面能全氟辛基硅烷(TMEDA)的润湿性, 达到了超疏水疏油的目的.     

基于特殊润湿性材料的油水分离

频繁发生的石油泄漏事故以及工业含油污水的违规排放不仅造成了巨大的经济损失,而且严重破坏了人类赖以生存的生态环境。为了净化被油污染的水域,研究者们近年来开始研究出了各种特殊润湿性(如超疏水或超疏油)的材料用于实现油水分离。超疏水和超疏油可以通过设计材料表面的微观几何形貌和化学分子组成来获得。通过各种微纳制备手段使材料表现出对油和水截然相反的极端润湿性,是这类材料实现油水分离的关键所在。本文首先阐述了实现油水分离的重要意义,并介绍了材料表面润湿性的相关理论基础。根据材料对水和油所表现出的不同超疏液性与超亲液性,对油水分离材料从以下三类分别介绍：(ⅰ)超疏水/超亲油材料,(ⅱ)超疏油/超亲水材料,(ⅲ)智能响应润湿性材料。对于每一类油水分离材料,本文概括了国际上近期相关的代表性研究工作,包括材料的制备方法和实现油水分离的原理和过程,以及这些材料的主要特点和应用。最后,针对基于特殊润湿性材料实现油水分离,探讨了该研究领域目前存在的主要问题和面临的挑战,并对该领域的应用前景进行了展望。     

仿生水下超疏油表面

水下超疏油表面是指在油/水/固三相体系中,对油的接触角大于150°的固体表面.从鱼体表面和荷叶下表面2种具有水下超疏油性质的生物体系出发,讨论了影响水下超疏油性质的因素,并据此提出了仿生水下超疏油表面的设计方法.通过介绍目前典型的人造水下超疏油表面的制备手段和研究进展,概括了水下超疏油体系的发展现状.对浸润性和黏附性响应性可控的智能水下超疏油体系以及水下超疏油体系在液滴操控、抗生物黏附和油水分离等领域的应用进行了简要介绍.最后对仿生水下超疏油体系目前研究存在的问题及挑战进行了总结,在此基础上展望了该领域未来的发展方向.     

仿生鲨鱼皮黏液分泌超亲水功能表面的制备及性能

以聚乙二醇型非离子表面活性剂作为亲水改性剂,与聚氨酯丙烯酸酯预聚体复合,进一步通过紫外光固化等手段制备出仿生鲨鱼皮黏液分泌的超亲水功能表面.研究表明,在光固化聚氨酯体系中引入吐温20(Tween 20)、吐温40(Tween 40)、吐温60(Tween 60)、吐温80(Tween 80)、吐温85(Tween 85)或曲拉通X-100(Triton X100)等亲水改性剂,可获得具有稳定自修复功能的超亲水仿生功能表面,且展示出较好的透光性和防雾与油-水分离效果.该仿生鲨鱼皮黏液分泌超亲水功能表面的制备方法简单有效、绿色环保,为仿生超亲水表面材料的设计和制备提供了新思路,有望用于生物医用涂层、油-水分离及防污涂料等领域.     

“亲水”材料未必“疏油”

材料的亲液性 (亲水或亲油 )是许多领域对材料特性考察的一个重要方面。如纤维的亲水性与纤维制品的服用性能有密切关系 ,亲水性纤维制成的内衣能增加穿着舒适感[1] ;又如 ,在膜分离的核心技术———反渗透 (ＲＯ)、超滤 (ＵＦ)和微滤 (ＭＦ)中 ,采用具有亲水性表面的膜能显著减少膜污染 ,延长膜的使用寿命[2 ] ;此外 ,填料床中的填料以及浮选过程中的矿粒等的亲液性都对相关过程影响重大。　　对于材料的亲液性 ,不少人有这样一种认识 ,即亲水的材料必定是疏油的 ,反之亦然。但仔细考察材料亲水亲油现象发生的本质 ,就会发现并非任何材料都…     

基于微纳结构液体灌注的超滑表面的制备与应用

超滑表面利用其基底上的微纳结构通过毛细作用将润滑油等液体锁定在孔隙中,孔隙中浸润的润滑油在基底形成一层动态油膜,油膜与不溶液体的液-液界面代替了固体与液体的固-液界面,从而大幅减少了滑动阻力。与传统具有类似低滚动角特性的超疏水和超疏油表面相比,孔隙中填充润滑油比空气具有更好的压力稳定性,而且润滑油的毛细流动性使得超滑表面具有良好的自修复能力。由于其明显的优势,近些年超滑表面已成为国际学术界研究热点,应用也拓展到防结冰、强化传热、减阻、抗生物黏附、微流控等领域。目前超滑表面研究仍存在重要挑战,例如如何避免润滑油的挥发带来的性能退化、如何针对各种材质和结构设计合适的加工工艺制备微纳结构等,这些问题限制了超滑表面的广泛应用。本文综述了超滑表面的制备工艺以及应用,分析了现存的问题,并且对超滑表面未来的发展趋势进行了展望。     

一“网”无遗——金属网基亲水疏油材料的制备及其应用

液体在固体表面的接触角大小由液体表面张力、固体表面张力和固-液界面张力共同决定，是衡量该液体对材料表面润湿性能的重要参数。本文以生活中常见的金属网为基底，将其制备成亲水疏油材料。常见的制备方法在科普推广中存在一定的局限性，因此本文创新性地进行制备方案的优化改进，制备得到的材料同样具有很好的亲水疏油特性，从而具有很好的科普性和可推广性。并且，本科普实验还针对不同人群，设计了丰富多彩的科普展示，从而提高大众对化学知识的认知，增强大家的环保意识。     

烷烃与疏水固体界面超小水滴的制备与生长规律

在"水-油-固"多相体系中,以液态直链烷烃为油相,利用自发形成法制备了油-固界面超小水滴,探究了油相性质对界面超小水滴生长规律的影响并系统表征了界面超小水滴随着时间的生长变化情况.利用光学显微镜跟踪观察了从正庚烷到正十六烷10种直链烷烃与疏水玻璃构成的油-固界面,发现油相上层的水分子能穿过油层抵达固体基底表面进而形成超小水滴,但并未观察到烷烃碳链长度改变引起的超小水滴的规律性变化.利用具有高分辨率的激光扫描共聚焦显微镜对界面超小水滴的形貌、位置及生长情况进行了系统表征,发现界面超小水滴位于油-固界面,呈现球缺状形貌,水滴尺寸随着时间的延长而增大,相近水滴有融合现象,当水滴与油膜厚度接近时水滴冲破油膜而消失.结合Imaris软件统计界面超小水滴的总体积,探究了界面总水量随时间变化情况,发现界面超小水滴形成过程可分为生长、稳定和退化3个阶段.本文扩展了"水-油-固"多相体系自发形成界面超小水滴的油相选择范围,建立了新模型,为制备界面超小液滴提供了新方法,也为微纳尺度润湿理论研究提供了实验依据.