【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】在油水分離領(lǐng)域，超浸潤膜材料雖已實現(xiàn)廣泛應(yīng)用，但其在復(fù)雜工況下仍面臨兩大技術(shù)瓶頸：一是膜表面易受污染導(dǎo)致滲透通量衰減，二是傳統(tǒng)單一浸潤特性的除油/除水型材料難以滿足復(fù)雜體系下精準(zhǔn)調(diào)控、高效分離及長期穩(wěn)定運行的需求。因此，開發(fā)先進的智能響應(yīng)油水分離材料已成為油污清潔、復(fù)雜體系高效分離等領(lǐng)域的研究重點。
 

　　近期，中國科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所分離材料與技術(shù)團隊通過引入刺激響應(yīng)聚合物，利用靜電紡絲技術(shù)構(gòu)筑了多種智能響應(yīng)油水分離材料。將溫度響應(yīng)型聚N-異丙基丙烯酰胺、pH溫度響應(yīng)型聚甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯與聚丙烯腈共混進行靜電紡絲，獲得具有溫度和pH雙重響應(yīng)特性的纖維分離膜。其在pH = 2.0或T = 50 ℃時展現(xiàn)出超親水性，而在pH = 7.0或T = 25 ℃時表現(xiàn)出疏水性。該分離膜能夠有效分離各類油水混合物和水包油乳液，對非混相油水混合物和表面活性劑穩(wěn)定乳狀液的分離效率分別超過99.5%和96.8%。值得注意的是，經(jīng)酸性熱水(pH=2.0，T=50 ℃)清洗后，通量恢復(fù)率高于98.9%，有效解決了傳統(tǒng)膜材料的污染失效問題。相關(guān)研究以"Temperature and pH-responsive electrospun membrane with high flux recovery for emulsion separation"為題發(fā)表在中國科學(xué)院二區(qū)期刊《分離純化技術(shù)》(Separation and Purification Technology)上。(原文鏈接)
 

圖1. 溫度和pH雙響應(yīng)膜抗污染機理示意圖
 

　　此外，研究人員進一步通過順序靜電紡絲技術(shù)制備了一種由pH響應(yīng)聚合物和疏水性聚合物組成的pH響應(yīng)型Janus分離膜。該Janus膜的頂層在酸性條件(pH≤2)下發(fā)生親疏轉(zhuǎn)換，而底層則保持持久疏水性。這種獨特的非對稱潤濕性可實現(xiàn)pH調(diào)控的定向傳輸，對酸性溶液具有選擇性液體門控功能，并對多種油水體系(包括不混溶液體、水包油乳液和油包水乳液)均實現(xiàn)了>99.0%的優(yōu)異分離效率。通過單向液體輸送的能力，該Janus膜可在無需外部能源條件下實現(xiàn)了油-水混合物中水或油的反重力收集。Janus膜的仿生設(shè)計與多功能集成特性為其在先進油水分離、按需液體傳輸和微流體器件中的應(yīng)用提供了可行性。相關(guān)研究以"Preparation of pH-responsive Janus membrane for unidirectional water transportation and efficient oil-water separation "為題發(fā)表在中國科學(xué)院一區(qū)期刊《膜科學(xué)雜志》(Journal of Membrane Science)上。博士研究生竇永樂基于該研究內(nèi)容，在中國化學(xué)會第21屆反應(yīng)性高分子學(xué)術(shù)研討會上所作的報告《定向疏水與高效油水分離用pH驅(qū)動Janus膜靜電紡絲膜》榮獲優(yōu)秀報告獎。(原文鏈接)
 

圖2. pH驅(qū)動Janus膜的制備和應(yīng)用示意圖
 

　　以上工作得到了新疆維吾爾自治區(qū)自然科學(xué)基金、新疆天池英才人才計劃及新疆重點研發(fā)計劃等項目的資助。