用于分离油水乳液的先进材料

海洋原油泄漏事故的频发以及工业污水排放量的日益增加,给生态环境和人类健康造成了巨大的威胁,因此,开发应用于油水分离的先进材料是重要的研究任务。相较于不混溶的油水混合物,油水乳液(也称为乳化油水)的分离是一个更加艰巨的挑战。本文以分离油水乳液的材料作为研究体系,首先从本质上分析了油水乳液的形成机理以及分离原理,强调了“尺寸筛分”效应和膜破乳技术的重要性;然后从基材的角度全面介绍并讨论了常用于分离乳化油水的先进材料的最新进展,详细阐述了各种不同改性方法在油水分离领域中的应用。对材料进行改性的出发点是“合适的孔径”以及“特殊润湿性能”,并能满足优异的分离能力、渗透能力、抗污染能力、机械能力和稳定性,而这些性能在实际的分离操作中是非常关键的。环境系统在未来会变得越来越复杂,真实环境下的油水乳液大多含有较多的污染物,而且分离条件大多较苛刻,因此油水分离材料需要不断地改进,以满足这样的条件。我们相信,未来能在苛刻条件下高效分离多种油水乳液和其他杂质的多功能性先进材料会有巨大的应用前景。     

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.     

聚偏氟乙烯接枝甲基丙烯酸甲酯油水分离膜的研究

使用四乙基氢氧化铵(TEAH)液相本体改性聚偏氟乙烯(PVDF),以过氧化苯甲酰(BPO)为引发剂,将甲基丙烯酸甲酯(MMA)接枝到改性PVDF骨架上,合成聚偏氟乙烯接枝聚甲基丙烯酸甲酯(PVDF-gPMMA)共聚物,通过浸没沉淀法制备PVDF-g-PMMA亲水性油水分离膜.通过傅里叶红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)和过滤试验分析了膜的结构和性能.同时研究了TEAH浓度和改性时间对PVDF-g-PMMA膜表面接触角的影响.结果表明,TEAH使PVDF脱去HF产生碳碳双键且MMA成功接枝到改性的PVDF骨架上,膜内外孔隙分布均匀;PVDF-g-PMMA膜的接触角随着TEAH浓度的增加、改性时间的加长而减小.TEAH浓度为2.0 wt%,改性20 min制备的PVDF-g-PMMA膜,接枝率为27.1%,孔隙度为71.6%,平均孔径为78.9 nm,接触角降至55.9°,且在50 s内降为0;纯水通量提高到665.34 L/(m2·h),截留率和水通量恢复率分别达到95.6%和90.1%.与纯PVDF膜相比,PVDF-g-PMMA膜的分离性能显著提高.     

选择性油水分离材料

水是人类赖以生存的基础,其重要性不言而喻。但是,当前水环境日益恶化,水污染日益加重,尤其是石油泄漏和有机污染物肆意排放给环境和生态系统造成了不可挽回的损害。因此,高效油水分离已成为亟待解决的问题。当前主要通过物理吸附、化学分散以及生物降解等方法进行油污清理;化学分散和生物降解法易对海洋环境造成二次污染,而物理吸附具有易于回收及无污染等优点。本文综述了近年来物理过滤和物理吸附油水分离材料的研究现状及尚待解决的难点,同时也展望了该领域未来研究的热点及发展方向。     

三醋酸纤维素纳米纤维膜的制备及其油水分离应用

石油开采和油船运输泄露的油污污染日益突出,使得质轻、亲水疏油的油水分离材料得到广泛关注。本文在无任何添加剂条件下,以三醋酸纤维素(TCA)/N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)溶液通过热致相分离(TIPS)制备TCA纳米纤维膜。研究了淬火时间、温度和聚合物浓度等条件对TCA纳米纤维膜形貌的影响。TCA纳米纤维膜的形貌、孔隙率和比表面积通过SEM、乙醇法和N2吸脱附表征。实验结果表明,最佳实验条件为:淬火时间180 min、淬火温度-20℃、聚合物质量分数5%,得到直径为(110±28)nm均匀纤维膜。与块状TCA流延膜相比,TCA纳米纤维膜的高孔隙率和大比表面积以及表面特殊的微/纳结构,使其水接触角由86.2°增加到137.5°。由于高疏水性和亲油性以及强烈的毛细作用,TCA纳米纤维膜的吸油容量达到21.5 g/g,分别是流延膜的20~42倍,且可快速吸收油水混合物中的油层。TCA纳米纤维膜是一种可生物降解的溢油污染清洁材料。     

油水分离材料进展

概括了包括物理分离、化学处理以及微生物分解三种常用油水分离方法,并全面综述了目前常见的油水分离材料的研究现状及进展,根据多孔分离材料的基体分为无机材料与高分子材料两大类,并探讨了分离材料的亲油性和疏水性,最后指出了该领域目前存在的问题及未来研究趋势。     

具有抗生物污染活性的分子筛膜用于高效油水分离

The development of the global economy has been accompanied by frequent oil spills caused by accidental leaks and industrial manufacturing, which have seriously threatened the aquatic environment and human health. Traditional methods for the treatment of oily wastewater include centrifugation, skimming, flotation, oil-absorbing technology, etc., which are limited by low separation efficiency as well as secondary pollution during the post-processing of oil absorption materials. Recently, separation technologies utilizing the special wettabilities of filtration membranes have been developed to enrich and recycle oils from wastewater. Among these, the fabrication of superhydrophilic/underwater superhydrophobic membranes have attracted intensive research interest, which can selectively allow the passage of water through the membrane while blocking the oils. However, microorganisms are more likely to breed on these hydrophilic surfaces, eventually leading to the blockage of the membranes. In this study, ZSM-5 zeolite crystals (MFI topological structure) were coated onto the stainless-steel meshes by means of seeding and secondary hydrothermal growth. Then, 70% of the total Na⁺ ions in the zeolite channels were substituted by Ag⁺ ions via an ion exchange process. The resultant membranes (Ag@ZCMFs) were superamphiphilic in air, with both water contact angle and oil contact angle of approximately 0°. However, they became superoleophobic when immersed in water, and the underwater oil contact angle reached 151.27° ± 4.34°. In terms of special wettability, Ag@ZCMF achieved efficient separation for various oil-water mixtures with separation efficiencies above 99%. The water flux and intrusion pressure of Ag@ZCMF depended on the diameter of pinholes in the membrane, which could be modulated by altering the time of secondary hydrothermal growth. For instance, the average diameter of pinholes in Ag@ZCMF with optimum secondary growth time of 14 h (Ag@ZCMF-14) reached approximately 21 μm, giving rise to the water flux and intrusion pressure of 54720 L·m^-2·h^-1 and 4357 Pa, respectively. The anti-corrosion test and rubbing test confirmed the high chemical and mechanical stability of Ag@ZCMF-14, respectively. The separation efficiency of Ag@ZCMF-14 remained stable during ten purification-regeneration cycles, and no obvious attenuation was observed, proving the high separation stability of Ag@ZCMF-14. Furthermore, the loaded Ag⁺ ions afforded the membrane excellent anti-biofouling activity, which could effectively inhibit the growth of both alga and bacteria in the operating environment, thus preventing membrane blockage during the oil-water separation process. In particular, the bacteriostatic rate of Ag@ZCMF-14 to Escherichia coli reached to 99.6%. These results demonstrate that Ag@ZCMFs with anti-biofouling activity has promising potential future applications in the removal of oil slicks from oily wastewater.     

四乙基氢氧化铵改性聚偏氟乙烯接枝聚丙烯酸油水分离膜的制备

使用四乙基氢氧化铵(TEAH)液相本体改性聚偏氟乙烯(PVDF), 以过氧化苯甲酰(BPO)为引发剂, 将丙烯酸(AA)接枝到改性PVDF骨架上, 合成了聚偏氟乙烯接枝聚丙烯酸(PVDF-g-PAA)共聚物, 通过浸没沉淀法制备了PVDF-g-PAA亲水性油水分离膜. 通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)、 扫描电子显微镜(SEM)和过滤试验分析了膜的结构和分离性能. 研究了不同接枝条件对PVDF-g-PAA膜接枝率的影响. 同时, 通过膜接枝率与膜表面接触角的关系确定最佳接枝条件. 结果表明, TEAH使PVDF脱去HF产生碳碳双键且PAA接枝到改性的PVDF骨架上, 膜内外孔隙分布均匀; PVDF-g-PAA膜的接触角随着接枝率的提高而降低. 接枝单体AA含量为45%, 接枝温度为85 ℃, 接枝4 h制备的PVDF-g-PAA膜的接枝率为20.1%, 孔隙度为65.3%, 平均孔径为78.0 nm, 接触角为57.5°, 且在60 s内接触角降至14.3°; 纯水通量提高到571.33 L/(m²·h), 截留率和水通量恢复率分别达到94.3%和88.7%, 且通量衰减率仅为9.8%. 与纯PVDF膜相比, PVDF-g-PAA膜的分离性能显著提高.     

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.     

油水分离用超疏水纤维素基织物的制备及研究进展

近年来,石油泄漏和有机污染物排放对海洋环境和人类健康造成了严重的危害,开发高效、耐用的油水分离材料处理含油废水势在必行.纤维素基织物由于其多孔性、可再生性及优异的柔韧性在油水分离材料的制备中受到广泛的关注.本文详细介绍和讨论了各种不同方法制备超疏水纤维素基织物的研究现状,并阐述了超疏水纤维素基织物在油水分离中的应用,最...     

油水分离用天然材料表面化学研究进展

油水乳液和油水混合物的分离对解决工业含油废水以及原油泄漏造成的污染问题具有重要的意义.近年来应用于油水分离的超润湿材料引起了广泛的关注,并展现出良好的应用前景.本文综述了近年来利用超润湿性低成本、环保的天然材料通过过滤和吸附技术分离油水乳液和混合物的研究进展.对于每一种天然材料,如沙粒、木材、椰子壳等,介绍了代表性的研...     

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。     

超疏水油水分离材料研究进展

近年来,石油泄漏和有机污染物排放对环境和生态系统造成了严重甚至不可挽回的损害,油水分离已成为一个全球性的挑战,如何处理油水混合物并将其有效分离已成为目前亟待解决的问题.许多仿生超疏水材料已被用于选择性油水分离研究,显示出诱人的应用前景.本文作者简要介绍了自然界超疏水现象以及固体表面浸润性理论,分析了材料的疏水亲油原理,重点介绍了近年来超疏水油水分离材料的研究应用进展,并对本领域的研究趋势进行了展望.     

基于原位结晶苯膦酸锆膜的油水分离网的制备及应用

运用水热法在铜网表面原位结晶生长苯膦酸锆,获得微纳米级粗糙结构,且苯环排列在苯膦酸锆表面的最外层,使铜网具有超疏水和超亲油的性质,无需任何低表面能物质修饰,即可对油水混合物进行分离.苯膦酸锆层与基底存在一定的结合力,具有机械稳定性;同时又具有抗酸碱的化学稳定性.这种油水分离网不仅能够实现油水混合物的分离,还可以实现乳化油的油水分离,在实际生产运用过程中具有较好的应用前景.     

分离液体的膜

本文概述了7种以高分子为膜材料、用于混合液体分离的膜分离过程,即离子交换膜与电渗析、反渗透、超滤、微孔过滤、膜萃取、渗透汽化和膜蒸馏。对其原理、高分子膜材料、应用和发展趋向作了简要介绍;并阐述了我国膜分离发展的现状和展望。     

四甲基氢氧化铵改性聚偏氟乙烯一步接枝聚苯乙烯磺酸油水分离膜的制备及性能

利用四甲基氢氧化铵(TMAH)聚偏氟乙烯(PVDF)进行改性,以过氧化苯甲酰(BPO)为引发剂,将苯乙烯磺酸(SSA)接枝到改性的PVDF骨架上,制得聚偏氟乙烯接枝聚苯乙烯磺酸(PSSA-g-PVDF)油水分离膜。 研究了TMAH质量分数对PSSA的接枝率和油水分离膜性能的影响,同时采用傅立叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)和视频光学接触角测量仪测试了膜的结构和表面接触角。 结果表明,TMAH使PVDF脱去部分氟化氢(HF)产生碳碳双键,硫元素均匀地分布在分离膜中。 PSSA的接枝率随着TMAH的质量分数增加而升高,分离膜的水通量随接枝率的升高先增加后降低。 当TMAH质量分数为20%,分离膜的接触角在30 s内降低到37.2°,接枝率和水通量分别为22.1%、643.3 L/(m·h),截留率和水通量恢复率分别达到90.6%和93.7%,衰减率为7.1%。 循环测试显示膜的水通量恢复率和油水通量恢复率均在90%以上。     

亚表面引发原子转移自由基聚合构筑温度响应型纳米纤维油水分离膜

亚表面引发聚合是一种用于制备共价嵌入型聚合物刷的新型改性策略.该方法在发展高稳定性聚合物刷功能化表界面材料方面具有显著的优势.本工作利用亚表面引发原子转移自由基聚合(sSI-ATRP)对静电纺丝聚丙烯腈(PAN)基纳米纤维膜进行亚表面改性,通过接枝聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)制备了温度响应型纳米纤维油水分离膜(...     

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。     

几种不同生物质复合材料的力学性能研究

以聚乳酸(PLA)为基体,以菠萝叶粉(PALF)、玉米秸秆芯粉(CF)、芝麻秸秆粉(SF)及甘蔗渣纤维粉(BF)作增强体,通过挤出加注塑工艺,制备可降解生物质复合材料(BBC),考察了秸秆粉用量对BBC力学性能的影响。并以PALF/PLA复合材料为例,研究了材料的断裂特性。结果表明,随着纤维粉用量的增加,所有BBC的拉伸强度均逐渐降低,当纤维粉添加量相同时,PALF/PLA的拉伸强度始终最低;CF/PLA、SF/PLA复合材料的弯曲模量随着秸秆粉用量的增加逐渐增大,当秸秆粉用量为40%时,弯曲模量分别比纯PLA增加74.15%和71.84%,BF/PLA复合材料的弯曲模量先增加后减小,但始终低于CF/PLA和SF/PLA,PALF/PLA的变化趋势较为复杂,呈现先增后减再增加的趋势;随着纤维粉含量的增加,PALF/PLA复合材料的冲击强度逐渐增加,其它三种均呈现先增加后减小趋势。PALF/PLA复合材料的断裂面无纤维拔出,应力-应变曲线无屈服点,断裂伸长率仅4.80%,属于典型的脆性断裂。