回收PVDF油水分離膜材料取得系列進展

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，大量的含油污水被排放，同時海洋原油泄漏事件頻發(fā)，對生態(tài)環(huán)境和人類的健康造成了嚴重威脅。傳統(tǒng)油水分離方法主要包括氣浮法、離心分離法、吸附和燃燒等，但均存在效率低、成本高、應用范圍窄等缺點。超浸潤分離膜由于具有結(jié)構(gòu)可控性好、分離效率高和分離精度高的優(yōu)點，目前成為油水分離領域的研究熱點。近期，中國科學院寧波材料技術與工程研究所研究員劉富團隊（先進功能膜）在高性能聚偏氟乙烯（PVDF）油水分離膜方向取得了一系列新成果。

1）PVDF瞬時催化及油水分離膜。針對復雜體系的油水分離問題，以機械性能和熱穩(wěn)定性能優(yōu)異的聚偏氟乙烯（PVDF）為基膜，制備得到具有微納米多級組裝結(jié)構(gòu)的PVDF-AuNPs微反應器分離膜。首先利用聚多巴胺作為膜表面“功能涂層”，對PVDF基膜進行初步修飾，然后將AuNPs微球通過動態(tài)過濾的方法負載到PVDF的指狀孔內(nèi)，形成微反應器。所得膜能夠?qū)邢趸椒拥乃蛷碗s體系，實現(xiàn)瞬時的硝基苯酚催化降解和油水分離。該方法對于將油水分離膜應用于實際含油廢水處理，起到了重要的推動作用。相關工作已經(jīng)發(fā)表于ChemicalEngineeringJournal,2018,334,579，副研究員王建強和吳紫陽為共同第一作者，劉富為通訊作者。

2）具有超穩(wěn)定剛性浸潤表面的柔性PVDF油水分離膜。針對通常聚合物微孔膜的表面微納結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、在化學腐蝕及物理損傷下易蠕變及衰減的問題，通過仿生植物根系固定土壤模型，利用微孔PVDF膜表面的微納結(jié)構(gòu)限域固定TiO2納米粒子，制備了具有剛性界面TiO2界面的柔性PVDF微孔膜。所得膜具有優(yōu)異的穩(wěn)定性，能夠抵抗極端物理損傷（液壓、手指擦拭、液氮淬火后砂紙磨擦）、高溫和苛刻的化學腐蝕（強酸、強堿、強氧化劑次氯酸鈉），并且能夠連續(xù)有效分離含有表面活性劑的油包水乳液。在錯流模式下，通過負載超親水納米TiO2粒子制備的PVDF膜，可實現(xiàn)水包油乳液的連續(xù)分離（通量達1700，分離效率>96%）（如圖3）。相關工作已經(jīng)發(fā)表于ScientificReports,2017,7:14099，副研究員熊竹和林海波為共同第一作者，劉富為通訊作者，文章發(fā)表后受到了同行的廣泛關注，該論文是2017年ScientificReports期刊閱讀量最多的前100篇文章之一。

3）超大通量靜電紡絲PVDF油水分離膜。除了油水廢液的復雜性和膜界面穩(wěn)定性的制約，油水分離膜往往也受限于膜的低通量和易污染性。針對該問題，團隊采用靜電紡絲技術，通過將靜電紡絲和靜電噴涂相結(jié)合，制備得到了具有超高通量的PVDF納米纖維油水分離膜，具有獨特的微米級纖維及納米級微球復合的結(jié)構(gòu)。將該膜應用于高粘度的十甲基環(huán)五硅氧烷包水體系時，滲透系數(shù)高達88166±652（分離效率>99%），遠高于已報道數(shù)據(jù)。該方法制備過程簡單，無需復雜的表面改性過程，是一種適宜工業(yè)化生產(chǎn)的新方法。相關工作已經(jīng)發(fā)表于JournalofMaterialsChemistryA,2018,6,7014-7020。浙江理工大學博士吳金丹和碩士生丁雅杰是論文的共同第一作者，王建強、浙江理工大學教授王際平和劉富為該工作的共同通訊作者。

上述系列研究工作受到了國家重點研發(fā)計劃（2017YFB0309600）、國家自然科學基金（5161101025、51475449、51703233）、中科院青促會（2014258）和寧波市創(chuàng)新團隊（2014B81004）等項目的資助支持。