超疏水分离膜实现油包水乳液高效快速分离

近日，重点实验室成员、哈尔滨工业大学（威海）海洋科学与技术学院程喜全博士在快速油水分离膜领域取得突破性进展。研究团队通过以聚偏氟乙烯（PVDF）溶液作为腔内溶液，活性含硅单体作为外部溶液，利用同轴静电纺丝技术制备出具有分层化学结构和微纳米级形貌的超疏水纳米纤维膜（PVDF-co-PDMS-AS），该种膜展现出超快速的分离能力与99.6%以上分离效率。该项成果以 “构造可扩展的超疏水膜用于超快速水油分离”（Constructing Scalable Superhydrophobic Membranes for Ultrafast Water-Oil Separation）为题在线发表在著名期刊《ACS Nano》（美国化学学会——纳米材料IF= 14.588）上。重点实验室成员、化工与化学学院邵路教授为该项研究的通讯作者。

在同轴静电纺丝制备过程中，聚二甲基硅氧烷（PDMS）溶液和PVDF溶液可能在喷丝头中相互扩散。受限于喷丝头长度，聚合物溶液在喷丝头轴向形成浓度梯度。当从针头中喷出溶液时，由于PDMS和PVDF溶液的物理性质差异，在PVDF溶液相转化与PDMS单体交联过程中，形成了具有包埋微球结构的纳米纤维选择性层。作者对膜的润湿性、形态和表面化学进行了表征，并研究了纳米纤维膜对油包水乳液的分离性能。凭借精细定制的膜结构和表面性能，该膜表现出了超快的渗透性，用于分离水-正辛烷乳液溶液的渗透通量为17331 L m^-2 h^-1 bar^-1、水-甲苯乳液溶液的渗透通量为35751 L m^-2 h^-1 bar^-1。结果表明，该复合膜可以有效去除150 nm以上的水滴，分离效率更是高达99.6％，并且在20次循环后仍具有出色的性能，显示出在油包水乳液分离方面的广阔的应用前景。

文章链接：https://doi.org/10.1021/acsnano.1c00158