2021年10月16日   欢迎光临聚合物分离膜及其表界面工程课题组!
当前位置:首页 > 组内动态 > 组内新闻

祝贺杨静博士、硕士生李浩南在Journal of Materials Chemistry A上发表文章

发布日期:2019-03-28 15:40  作者:杨静 李浩南  编辑:黄盛  访问量:3358

亲水/疏水两面神膜(Janus membranes)由于两侧具有完全相反的浸润性,可自发驱动液体单向传递,在油水分离领域具有重要的应用前景。在两面神膜的亲水侧锚定破乳基团(如:聚电解质、小分子表面活性剂、电中性表面活性剂等),所获得的破乳型两面神膜,能够实现对表面活性剂稳定的水包油乳液的高效分离。其分离原理是,当乳液接触到膜的亲水侧时,破乳剂会破坏表面活性剂对油滴的稳定作用,使其充分接触到亲水表面,随后在疏水侧孔道的毛细管力作用下,油滴将自发地从亲水侧输送到疏水侧,而水相被疏水侧阻挡,从而实现油水乳液的分离。

然而,目前研究大多局限于经验性地制备和应用两面神膜,尚存在一些亟待解决的关键科学问题:1)亲水层/疏水层的厚度将对液滴传输产生影响,但膜制备过程对此缺乏有效的调控方法;2)对于亲水层/疏水层协同驱动液滴传递的过程,缺乏足够的理论分析和实验验证;3)在乳液分离应用中,对于破乳及液滴单向传递的过程和机理尚不明晰。

针对上述问题,浙江大学聚合物分离膜及其表界面工程课题组在两面神膜制备和油水乳液分离应用方面,开展了系列研究工作。前期工作中,通过在疏水微孔膜表面真空过滤沉积荷电碳纳米管,制备了一种可调控亲水层厚度和荷电性的破乳型两面神膜,实现了对稳定水包油(包括轻油和重油)乳液的高效分离,其油回收率达89%。该工作初步探索了荷电性和亲水层厚度对破乳和液滴单向传递过程的影响规律,相关论文“Janus Membranes with Charged CNT Coatings for Deemulsification and Separation of Oil-in-Water Emulsions”发表在ACS Applied Materials & Interfaces, 2018, 10, 9832-9840

为了进一步理清两面神膜不对称双层结构的协同效应对液滴定向运输的科学本质,掌握膜结构和分离性能的构效关系,最近,课题组利用电场驱动贻贝仿生溶液定向共沉积技术,以疏水聚丙烯微滤膜为基底,选择性地在其一个表面沉积聚多巴胺/聚电解质,实现了对孔道内壁的亲水/荷电修饰。同时,可精细调控其沉积厚度,获得一系列具有破乳功能的亲水/疏水两面神膜,油回收率可提高至98.4%。结合膜表面的激光共聚焦显微镜在线观测,创新性地提出并证实了其分离机理为“相反电荷作用高效破乳 疏水作用快速定向渗透”。相关论文“Janus membranes with controllable asymmetric configurations for highly efficient separation of oil-in-water emulsions”发表在Journal of Materials Chemistry A, 2019, 7, 7907-7917。杨静博士和硕士生李浩南是该工作的共同第一作者,徐志康教授为通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金(5180318021534009)的资助。

DOI: 10.1039/C9TA00575G


                          

5c9c794d07a44.png

1 电场驱动贻贝仿生溶液定向共沉积制备破乳型两面神膜及其分离水包油乳液的示意图