Advanced Engineering Materials: 用于多相油/水智能可控分离的超浸润材料

频发的原油泄漏和工业含油废水的大量排放所导致的日益严重的水污染问题已成为当今全球面临的环境问题之一,亟待解决。因此,适用于各种酸碱环境且具有高效稳定分离效率的低成本油水分离材料成为当前研究热点之一。近年来,超浸润材料的出现和其表面对水/油的极端润湿性能为解决油污染问题提供了新途径。而可转变润湿性的超浸润材料更是为油水混合物的高效分离提供了更大的可能和方便。目前,多种具有油水分离功能的超浸润材料存在制备过程繁琐耗时、成本较高、二次污染以及难以应对复杂的多相油水混合体系等缺点。

图  所制备超浸润材料的微观形貌(a)、机械稳定性(b)、润湿性转换和可控油水分离(c)、以及浮力承载能力测试(d).

近日,西安科技大学化学与化工学院屈孟男教授和何金梅副教授的仿生功能界面材料研究团队通过简单聚合和浸渍的方法制备得到了一种可pH响应的无氟环保型多功能超浸润材料。该材料表面具有可控的润湿性,通过调节水溶液的pH值可实现超疏水-超亲油与超亲水-水下超疏油之间的可逆切换。基于这一特点,该材料可用于选择性的分离各种不同环境下的油水混合物,特别是对于复杂多相油水混合物体系的连续原位高效分离,展现出了优异的分离效率和良好的耐久性。除此之外,对于含油高腐蚀性液体的分离,该材料也表现出了优异的分离性能,使其可长期应用于强酸和强碱的严苛分离环境。由于其表面的强拒水性能,该材料在水中展现出了良好的浮力和承载能力,使其在水面新型装备的制造和海洋溢油的清理方面具有一定的应用前景。总体而言,这种pH诱导的表面润湿性可切换的智能油水分离材料具有制备简易、响应速度快和处理操作简单等特点,通过调节pH即可改变对油/水的选择通过性,从而实现不同条件下智能可控分离不同类型油水混合物的目的。因此,在工业含油废水处理和溢油清理中将具有广阔的应用前景。

相关成果以题为“A Fluoride-free and Super-wetting Functionalized-material with pH-responsiveness for Controllable Separation of Multiphase Oil/Water Mixtures”发表于Advanced Engineering Materials (DOI:10.1002/adem.202000983)。该研究工作得到了国家自然科学基金、陕西省高校青年创新团队和西安科技大学“胡杨学者”等项目的资助。