【儀表網 研發快訊】在油水分離領域，超浸潤膜材料雖已實現廣泛應用，但其在復雜工況下仍面臨兩大技術瓶頸：一是膜表面易受污染導致滲透通量衰減，二是傳統單一浸潤特性的除油/除水型材料難以滿足復雜體系下精準調控、高效分離及長期穩定運行的需求。因此，開發先進的智能響應油水分離材料已成為油污清潔、復雜體系高效分離等領域的研究重點。
近期，中國科學院新疆理化技術研究所分離材料與技術團隊通過引入刺激響應聚合物，利用靜電紡絲技術構筑了多種智能響應油水分離材料。將溫度響應型聚N-異丙基丙烯酰胺、pH溫度響應型聚甲基丙烯酸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雙重響應特性的纖維分離膜。其在pH = 2.0或T = 50 ℃時展現出超親水性，而在pH = 7.0或T = 25 ℃時表現出疏水性。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，經酸性熱水(pH=2.0，T=50 ℃)清洗后，通量恢復率高于98.9%，有效解決了傳統膜材料的污染失效問題。相關研究以"Temperature and pH-responsive electrospun membrane with high flux recovery for emulsion separation"為題發表在中國科學院二區期刊《分離純化技術》(Separation and Purification Technology)上。(原文鏈接)
圖1. 溫度和pH雙響應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制備了一種由pH響應聚合物和疏水性聚合物組成的pH響應型Janus分離膜。該Janus膜的頂層在酸性條件(pH≤2)下發生親疏轉換，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pH調控的定向傳輸，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)均實現了>99.0%的優異分離效率。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了油-水混合物中水或油的反重力收集。Janus膜的仿生設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用提供了可行性。相關研究以"Preparation of pH-responsive Janus membrane for unidirectional water transportation and efficient oil-water separation "為題發表在中國科學院一區期刊《膜科學雜志》(Journal of Membrane Science)上。博士研究生竇永樂基于該研究內容，在中國化學會第21屆反應性高分子學術研討會上所作的報告《定向疏水與高效油水分離用pH驅動Janus膜靜電紡絲膜》榮獲優秀報告獎。(原文鏈接)
圖2. pH驅動Janus膜的制備和應用示意圖
以上工作得到了新疆維吾爾自治區自然科學基金、新疆天池英才人才計劃及新疆重點研發計劃等項目的資助。
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