浙江師范大學(xué)：重力驅動(dòng)下用于超快油水分離的*D打印膜

近日，浙江師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院林紅軍教授膜法課題組與中科院北京納米能源與系統研究所王中林院士課題組，和香港大學(xué)湯初陽(yáng)教授合作在Nano Energy期刊上發(fā)表了題為“Three dimension-printed membrane for ultrafast oil/water separation as driven by gravitation（重力驅動(dòng)下用于超快油水分離的*D打印膜）”的研究論文，浙江師范大學(xué)為第一署名單位。Nano Energy是能源領(lǐng)域的頂級期刊，為SCI一區TOP期刊，最新影響因子為1*.06*。研究生韓磊為第一作者，申利國教授、林紅軍教授，王中林院士為通訊作者。程廷海、溫建明、曾千千（研究生）、徐艷超、李仁杰、張媚佳、洪華嫦、湯初陽(yáng)為吉印通作者。

本研究的圖形摘要。

面對全球每年高達數百萬(wàn)噸的廢油廢水排放，開(kāi)發(fā)具有防污染性能、經(jīng)濟環(huán)保、分離效率高的油水分離技術(shù)具有重要意義。本文應用三維（*D）打印技術(shù)，開(kāi)發(fā)出一種通過(guò)等離子改性而無(wú)需化學(xué)藥品消耗的生態(tài)友好的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）膜。改性膜表現出優(yōu)異的親水性和水下疏油性，水接觸角為*.*°，水下油接觸角為1*7.6°。如圖1所示，僅靠重力驅動(dòng)，改性膜在五種典型油水體系中表現出1.17×10* L·m-2·h-1的超高通量和高達**.60%的分離效率。在四個(gè)月期間的100次循環(huán)測試中，其分離效率能夠保持在**.40%不變，展示了膜的卓越穩定性和可循環(huán)利用性。

圖1. （a）*種不同油水混合液的分離效率；（b）四個(gè)月100次循環(huán)測試中的分離效率；（c）與文獻報道的分離效率及水通量的對比

值得注意的是，該研究首次引入液體和固體（L-S）界面在接觸電化（CE）過(guò)程中的電子轉移現象來(lái)解釋膜分離過(guò)程。如圖2所示，根據楊-拉普拉斯方程，原膜是一種親油和疏水膜，這意味著(zhù)其接觸角θ*0°，Δp0。在這種情況下，Δp力的方向是向下的。相比之下，改性膜是一種親水和疏油膜，其接觸角θ*0°，Δp0。Δp力的方向是向上的。因此，在Δp的作用下，油滴可以通過(guò)一個(gè)FΔp的力被拉/推移。CE現象表明，在液-固界面存在電子轉移。在CE過(guò)程中，水分子接觸膜表面可能導致電子云的重疊，因此膜表面可以從水中獲得電子。此外，由于等離子體改性提供了大量的羧基基團，通過(guò)電離使膜更帶負電性。在靜電吸附力下形成雙電層（EDL），水分子可以牢固地吸附在膜表面形成的水合層。因此，水可以?xún)?yōu)先接觸膜，并以極高的速度穿過(guò)膜孔，導致極高的通量，而油則被水合層截留在膜表面。

圖2.（a）原膜和(b)改性膜的油水分離過(guò)程的油水分離過(guò)程機理圖；(c)原膜和(d)改性膜油水分離過(guò)程中油滴的受力分析圖

浙師大林紅軍教授膜法課題組主要從事基于膜分離技術(shù)的環(huán)境工程和環(huán)境材料相關(guān)研究，近*年來(lái)已在相關(guān)領(lǐng)域頂刊上發(fā)表了100多篇學(xué)術(shù)論文，取得了一系列重要進(jìn)展。相關(guān)研究成果得到了國家自然科學(xué)基金項目、浙江省自然科學(xué)基金重大項目、浙江省杰出青年基金、浙江省重點(diǎn)研發(fā)計劃項目、浙江省萬(wàn)人科技創(chuàng )新領(lǐng)軍人才項目的資助。

來(lái)源：浙江師范大學(xué)

論文鏈接

021yin.com/science/article/abs/pii/S22112***2*001**X