邵路教授团队研发出新型“主动抗污染”油水分离膜

近日，实验室成员邵路教授团队模拟大丽花叶片成分结构获得具有“主动抗污染”的新型油水分离用超亲水微滤膜，突破了传统依赖“被动抗污染”机理的分离膜难以抵御高粘性原油污染的瓶颈。相关成果以《防止高粘度原油迁移聚积的超亲水膜表面调控》（Surface Manipulation for Prevention of Migratory Viscous Crude Oil Fouling in Superhydrophilic Membranes）为题发表在《自然通讯》（Nature Communications）上。

海上原油泄漏和工业含油废液排放对生态系统和人类健康构成巨大威胁，严重破坏全球水-食物-能源链条。合成制备超亲水和水下超疏油高性能分离材料是实现油水分离的有效策略，已在含油废水处理中得到应用。其分离原理是，依靠材料的超亲水性，让水可以顺利通过材料内部的孔隙结构，在材料表面形成水化层，以阻止油的通过。微孔和高比表面积所产生的毛细力可产生破乳作用，有利于乳液与水分离。然而，现有亲水改性方法虽能赋予分离膜一定程度的抗污染性能，但依然无法实现抗高粘性原油和原油水乳液的高效分离。其根本原因在于，传统的“被动抗污染”机理难以实现膜表面厚实稳定的水合层以及在油分子与膜表面没有足够的空间位阻，不足以产生抵御高粘性原油污染的能力。

针对此难题，邵路教授团队设计了具有“主动抗污染”新机理的超亲水微滤膜，通过模拟天然大丽花叶片成分和结构在微滤膜表面构筑特殊的迷宫型褶皱微球，增加膜表面与水分子的接触面积，协同增强膜表面的水合层和空间位阻效应，获得了新型油水分离膜。同时，新型超亲水膜在死端过滤和错流过滤多种表面活性剂稳定的油水乳液时，可实现较高的分离通量和极低衰减速率。新型分离膜具有超强抗原油污染能力，能抵御高粘性原油的初始粘附、迁移和聚集。该研究提出的新思路也可应用于抗油织物等多种高性能材料的合成制备，具有普适性。

邵路教授为论文通讯作者。化工与化学学院博士研究生赵元元为论文第一作者。实验室马军院士、成中军教授，化工与化学学院杨晓彬助理教授和爱丁堡大学刘哲宏副教授参与相关研究工作。

该研究工作获得国家自然科学基金、黑龙江省头雁团队原创探索基金、城市水资源与水环境国家重点实验室自主课题等资助。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-38419-3

分离膜抗油污染机理示意图