【膜分离】AFM：新策略！实现超稳定油/水分离
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当前，高效的含油废水净化已成为一个热门的研究课题，但也是一个巨大的挑战。在含油废水的净化技术中，膜分离具有能耗低、操作简单的绝对优势，特别是对乳化含油水的净化效率更高。然而，传统的滤膜存在油粘和污染问题，这会导致膜孔堵塞，从而使分离能力迅速失效。虽然通过亲水表面和微纳米结构的设计已经开发出了一些超亲水膜，但大多数膜只对低粘度的轻质油具有防污能力。水凝胶非常适合于保护膜不受油污的影响，因此被广泛用于油/水分离。然而，包括粘附性水凝胶在内的常规水凝胶在膜上的高粘附性和抗油污能力之间存在着矛盾。
中科院苏州纳米所&苏州大学的学者巧妙地将粘附性强、抗油污能力强、适合膜装饰的超薄厚度和良好的耐久性有机地结合在一起，形成了由内而外的粘附性原儿茶酸(PCA)和水合海藻酸钙(CaAlg)在膜上的梯度分布，从而提出了膜上粘附性水凝胶的设计。最里面的PCA使粘附性水凝胶能够紧密地附着在膜上。最外层的CaAlg保护膜不受油污的影响。PCA/CaAlg的梯度分布和均匀整合保证了良好的稳定性。用该粘合剂水凝胶修饰的膜具有超亲水性，对各种油类具有防污染性能，对外界损伤具有抗磨损性能。该膜实现了对表面活性剂稳定的水包油乳状液和原油/水混合物的超稳定高效分离，具有最先进的循环能力，可实现≈100%的通量恢复，几乎零不可逆油污。这项工作为实际的油水分离应用设计抗油污膜提供了一种新的策略。
论文链接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202205990
图1.用于超稳定高效油水分离的梯度粘附性水凝胶改性膜示意图
图2.GAH-d-PVDF膜的结构。a) GAH-d-PVDF膜的SEM图像。插图a)是原始PVDF膜。b)膜的低倍率和c)膜的高倍率横截面TEM亮场图像。d)膜的横断面TEM暗场图像。e) EDX成像，f) (d)红框中Cu的信号强度。g) EDX成像，h) (d)红框中Ca的信号强度。
图3.由内向外梯度组成的GAH-d-PVDF膜。a)表示GAH-d-PVDF膜内部组成的M0-M5组成的示意图。b) ATR-FTIR光谱。c)水中CAs, d)水下原油CAs和M0-M5原油黏附力。
图4.GAH-d-PVDF膜的机械稳定性。对GAH-d-PVDF膜进行了a)水冲洗、b)砂纸摩擦、c)胶带剥离和d)超声损伤试验后的损伤试验操作照片和扫描电镜图像。e) GAH-d-PVDF膜和NGAH-d-PVDF膜的不同机械稳定性示意图
图5.GAH-d-PVDF膜的持久抗油污能力。a) GAH-d-PVDF膜和b) NGAH-d-PVDF膜损伤试验前后的水下原油CAs和黏附力。水洗试验后GAH-d-PVDF膜的防污和自清洁行为照片:c)大豆油(染蓝色)和d)原油。c)和d)中的红色框表示经过相同的水冲洗试验后，NGAH-d-PVDF膜的测试区域(红色虚线椭圆)上的油垢
图6.GAH-d-PVDF膜对水包油乳状液的分离性能。a)照片和b) SDS稳定的正己烷水乳状液和流体的油滴大小分布。c)四种SDS稳定的水包油乳剂分离液中的水通量和含油量。d)通过GAH-d-PVDF膜(红色方格)和NGAH-d-PVDF膜(黑色方格)对SDS稳定的水中己烷乳液进行5个分离循环的水通量。e) GAH-d-PVDF膜和f) NGAH-d-PVDF膜5次分离循环后的照片和扫描电镜图像。
图7.GAH-d-SSM膜对原油/水混合物的分离性能。a)面积为1平方米的薄膜照片。b)配有分离混合物的膜的自制横流装置。c)混合物和浮液的照片。d)在d)使用GAH-d-SSM膜进行23次分离循环和e)使用NGAH-d-SSM膜对混合物进行10次分离循环过程中浮液中的水通量和油含量。f) GAH-d-SSM膜和g) NGAH-d-SSM膜在分离循环和水洗后的照片和扫描电镜图像。
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