中科院苏州纳米所高粘度油水分离研究取得新进展

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形形色色的“油”推动了社会的发展，提高了生活的品质，可以说，人离不开油。然而，因海洋漏油、工业废油和生活用油等产生的含油废污水也严重破坏生态环境、危害人类健康，成为人类生存发展的新挑战，油水分离也成为全世界共同的研究课题。在油水分离中最令人头疼的难题之一是原油、重油等高粘度油的分离或漏油处理，该类油极易粘附并污染分离材料和设施，造成其功能失效，很多超浸润材料也不能幸免。

为攻克这一难题，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所靳健课题组将具有强吸水能力和亲水性能的水凝胶材料与传统高分子成膜材料有机结合，成功制备了对原油、重油等高粘度油具有水中超疏、零粘附、抗污染、自清洁功能的高强度离子化水凝胶聚合物膜材料。该材料是由聚丙烯酸接枝的聚偏氟乙烯（PAA-g-PVDF）通过碱诱导相转化方法制备，在相转化过程中PVDF接枝的PAA发生原位离子化，形成水合能力更强的聚丙烯酸钠（PAAS）水凝胶区（图1），从而赋予PAAS-g-PVDF膜优异的水中超疏油、零油粘附性能。相关论文发表于Adv. Mater. DOI:10.1002/adma.20160417。

PAAS-g-PVDF对原油、重油等高粘度油均展现出大于165°的水中疏油角和几乎为零的油粘附力。PAAS-g-PVDF能涂覆到各种基材上形成涂层，也可以直接利用溶剂相转化工艺制成多孔滤膜，其对高粘度油具有优异的水中抗粘附和自清洁功能，如图2所示，原油在水中无法粘附、污染PAAS-g-PVDF。即使PAAS-g-PVDF在空气中接触原油，将其放入水中原油会自动脱离，实现自清洁。该涂层材料可用于原油泄漏时所需的防油服、防油设施等，具有极大应用前景。

PAAS-g-PVDF涂覆的丝网膜可以实现快速、高效的高粘度油/水分离。以粘度高达21 mPa s⁻¹的原油为例，仅在重力作用下，分离时水通量达到50000 L m^-2 h^-1，分离后水中油含量低至0.5 ppm，收集的原油纯度达到98.7%。同时，该网膜用简单的水清洗即可以重复使用（图3）。

为什么该离子化的水凝胶聚合物具有如此优异的抗原油黏附性能？为此研究人员进行了分子动态模拟计算，结果表明离子化的PAAS比未离子化的PAA能形成更稳定的氢键网络，束缚更多的水分子，水分子脱离束缚能更大，因而可以形成更强、更稳定的水合保护层，从而赋予PAAS-g-PVDF超强的超疏油和抗油黏附性能。

图1. PAAS-g-PVDF制备过程示意图

图2. PAAS-g-PVDF涂覆在各种基材表面均展现出优异的水中抗原油污染和自清洁性能

图3. PAAS-g-PVDF涂覆的网膜分离原油/水混合物

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