來源：神戶大學(xué)（Kobe University）

神戶大學(xué)膜與膜技術(shù)研究中心 MATSUYAMA Hideto 教授和 YOSHIOKA Tomohisa 教授領(lǐng)導(dǎo)的研究人員成功地開發(fā)了一種具有抗污染二氧化硅表面處理的超薄膜，用于高性能的油水分離。

此外，這種膜被證明是多用途的；它能夠從各種不同的油性物質(zhì)中分離水。

這些結(jié)果于2019年10月3日在線發(fā)表在“材料化學(xué)雜志A”上。

介紹

開發(fā)油水分離技術(shù)對于處理各種工業(yè)產(chǎn)生的溢油和水污染至關(guān)重要。到2025年，預(yù)計世界三分之二的人口將無法獲得足夠的清潔用水。因此，開發(fā)過濾含油乳化液的技術(shù)，從而增加可用清潔水的數(shù)量，正日益受到重視。

與傳統(tǒng)的離心、化學(xué)混凝等凈化方法相比，膜分離被認(rèn)為是一種低成本、節(jié)能的方法。盡管這項技術(shù)已經(jīng)得到了極大的發(fā)展，但大多數(shù)膜都存在污染問題，油滴會不可逆地吸附到表面上。這導(dǎo)致膜孔堵塞，從而降低其使用壽命和效率。

減輕污染問題的一種方法是在膜上添加表面處理。然而，用這種方法進行的許多實驗都遇到了原表面結(jié)構(gòu)的變化以及強酸、強堿和鹽溶液處理后表面層的劣化等問題。這些問題限制了此類膜在污水處理過程中惡劣條件下的實際應(yīng)用。

研究方法

在這項研究中，研究人員成功地開發(fā)了一種由多孔聚酮（PK）支撐物組成的膜，其頂部表面涂有10納米厚的二氧化硅層（圖1）。這種二氧化硅層是利用靜電吸引作用在PK纖維上形成的-帶負(fù)電的二氧化硅被帶正電的PK吸引。

圖1：在多孔膜上形成超薄二氧化硅層的掃描電鏡圖像和圖表。

PK膜具有孔隙率高、孔隙率大的特點，具有較高的透水性。硅化過程-在PK纖維上添加二氧化硅-提供了一個強大的防油涂層，以保護表面改性膜免受污染問題。

這種膜的另一個優(yōu)點是它不需要大的壓力來實現(xiàn)高滲透性。即使使用了低至10厘米（壓力約為0.01 atm）的水位，膜仍表現(xiàn)出重力透水性。此外，開發(fā)出的膜能夠拒絕99.9%的油滴，包括10納米大小的油滴。使用這種面積為1平方米的膜，可以在1個小時內(nèi)處理6000升廢水，外加壓力為1 atm。它也被證明能有效地從各種不同的油乳劑中分離水（圖2）。

圖2：膜滲透前（左）后（右）的各種油乳劑。

如前所述，硅化提供了一個強大的防油涂層。通過在膜上進行的實驗來測試其抗污染的耐久性，發(fā)現(xiàn)油不會吸附在表面上，油滴很容易被清除（圖3）。這種膜對各種酸性、堿性、溶劑和鹽溶液具有很強的耐受性。

圖3：制備膜的表面動態(tài)附著力和自清潔試驗。

結(jié)論

該研究小組開發(fā)的超薄膜除具有抗污染能力外，還具有高效的油水分離性能。在防治水污染和清潔水資源短缺的斗爭中，分離乳劑的技術(shù)是必不可少的。希望這一研究成果能應(yīng)用于工業(yè)廢水的處理。

詞匯表

乳液：

當(dāng)一種液體包含一種或多種其他液體的分散時。

期刊信息

標(biāo)題

“通過靜電引力策略開發(fā)的超薄原位硅化層，用于超高性能油水乳液的分離”

DOI：10.1039/C9TA07988B

作者

Lei Zhang, Yuqing Lin, Haochen Wu, Liang Cheng, Yuchen Sun, Tomoki Yasui, Zhe Yang, Shengyao Wang, Tomohisa Yoshioka, Hideto Matsuyama

期刊

材料化學(xué)學(xué)報A

來源：https://www.kobe-u.ac.jp/research_at_kobe_en/NEWS/news/2019_12_26_01.html

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