郑州大学申长雨院士和刘春太教授团队：水辅助热致相分离法制备聚合物疏水微球

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近年来世界各地原油泄露事故不断发生，泄露的原油和有机溶剂已经对生态环境和经济发展造成了严重损失。为了解决原油和有机溶剂的污染，大多采用原位燃烧、过滤、生物降解等方法，不仅会对环境造成二次污染而且效率低、费用高。受到大自然中荷叶、甲壳虫等生物的启发，科学家研究开发了具有疏水吸油功能的油水分离材料，其中疏水多孔的聚合物材料由于其效率高、成本低和性能稳定等优点日渐成为油水分离的热门材料。

郑州大学橡塑模具国家工程中心申长雨院士和刘春太教授团队的刘宪虎博士课题组前期提出了一种简单的水辅助热致诱导相分离法制备聚合物疏水多孔材料，并将其用于油水分离中。例如，通过向聚氨酯-二氧六环溶液中加入少量的去离子水，经过冷冻干燥后可获得密度为13 mg/cm³、孔隙率为91%的超疏水聚氨酯泡沫，将其当作泵吸材料处理废油时，发现在经过10次泵吸循环之后，分离效率仍接近100%。在此基础上，他们采用水辅助热致诱导相分离方法并不断调整去离子水含量成功制备了聚氨酯的光滑实心和纳米多孔微球，以及改性的超疏水聚酯无纺布，以“Simple water tunable polyurethane microsphere for super-hydrophobic dip-coating and oil-water separation”为题发表在期刊Polymer上。

为了探究去离子水含量对聚氨酯微球相貌的影响，他们进行了不同水含量影响的实验。形貌结果分析表明，随着去离子水含量的增加，聚氨酯逐渐从多孔网络结构的泡沫转变成光滑的实心微球和纳米多孔微球。

图1. 不同含量水的聚氨酯泡沫和微球的SEM图：(a)1, (b)4, (c)6, (d)8, (e)12和(f)13 ml。

此外，他们发现含有一定量水的聚氨酯-二氧六环溶液可以对商用聚酯无纺布进行改性，经过冷冻干燥处理制得接触角为153°的超疏水无纺布。实验结果表明，超疏水无纺布在强酸强碱和高温下仍能保持较好的疏水性能。

图2. 改性前(a)和改性后(b)无纺布的SEM图，改性无纺布在(c)酸碱环境和(d)不同温度下的接触角。

另外，将超疏水无纺布用作过滤膜，利用重力分离油和水，经过十次油水分离后其分离效率仍可达98%，通量可达20.2 m³ m^-2h^-1。

图3.不同种类油的(a)分离效率和(b)通量。

郑州大学橡塑模具国家工程研究中心的硕士研究生袁焕是该论文的第一作者，邵春光副教授和刘宪虎博士为共同通讯作者。

原文链接：Huan Yuan, Yamin Pan, Xiaolong Wang, Qiang Chen, Qian Hu, Chunguang Shao*, Zhanhu Guo, Chuntai Liu, Changyu Shen, Xianhu Liu*, Polymer, 20 July 2020, 204, 122833.

https://doi.org/10.1016/j.polymer.2020.122833

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