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  近日，中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所王樹濤研究員團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種親水/親油的磁性Janus微球，可以從水中快速、高效地分離出微小的油滴。該研究成果以“Hydrophilic/Oleophilic Magnetic Janus Particles for the Rapid and Efficient Oil-Water Separation”為題發(fā)表在Advanced Functional Materials上。

  隨著海上原油泄漏事故的頻繁發(fā)生以及工業(yè)及生活中含油廢水的大量排放，水中油污染已經(jīng)成為危害人類健康及環(huán)境安全的重大問(wèn)題。通常，油在水中往往以浮油、分散油、乳化油或無(wú)表面活性劑穩(wěn)定的微小油滴的形式存在。近年來(lái)，基于表面浸潤(rùn)性的膜、海綿等材料被相繼開(kāi)發(fā)，并用于分離浮油、分散油甚至是乳化油等，取得了良好的分離效果。然而，從水中分離出微小的油滴往往被人們忽略，這些油滴尺寸通常小于20 μm，在水中能長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定存在，傳統(tǒng)的分離方法很難將其分開(kāi)。因此開(kāi)發(fā)新型的油水分離材料用于水中微小油滴的分離顯得極為迫切。

  最近，王樹濤研究員團(tuán)隊(duì)發(fā)展了一種普適性的乳液界面聚合的方法，實(shí)現(xiàn)了拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和化學(xué)組成可調(diào)的Janus微球材料和膜材料的可控制備(Sci. Adv. 2017, 3, e1603203; Macromolecules 2018, 51, 1591-1597; NPG Asia Mater. 2017, 9, e380；Mater. Chem. Front., 2017, 1, 1028)。這些Janus微球能選擇性地吸附納米粒子、生物分子或捕獲細(xì)菌、膠體微球。因此，研究人員設(shè)想：能否借助這些Janus微球獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)（凹面親油，凸面親水）去捕捉水中的微小油滴？

  基于此，研究人員通過(guò)油水乳液界面聚合結(jié)合納米粒子界面組裝的方法制備了磁性的Janus微球。這些微球具有類似抓手的結(jié)構(gòu)，其凹面親油、凸面親水。當(dāng)把磁性Janus微球加入到油水乳液中時(shí)，這些微球能從水中快速分離出微小的油滴，整個(gè)分離過(guò)程只需2分鐘，分離效率高達(dá)99%，并適用于不同比例、不同種類的油水混合物。

圖1 (a-c) 磁性Janus微球的制備; (d-e) 磁性Janus微球用于油水分離。

  進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)把磁性Janus微球加入到油水乳液中時(shí)，他們利用其‘抓手’可以有效的捕捉水中的微小油滴形成雪人狀結(jié)構(gòu)，在劇烈的晃動(dòng)過(guò)程中，Janus微球又可以促使被捕捉到的微小油滴合并形成大的油滴，使得油水乳液分層。最后，類似小分子表面活性劑性質(zhì)，這些Janus微球利用其親水/親油的兩面性質(zhì)，可以穩(wěn)定合并的大油滴。通過(guò)用石蠟代替液態(tài)油來(lái)觀察微球在油滴表面的取向，發(fā)現(xiàn)大部分微球的親水面朝向水相，親油面朝向油相。這種磁性Janus微球?yàn)殚_(kāi)發(fā)新型的油水分離材料提供了新的思路，有望應(yīng)用于工業(yè)廢水的處理和水凈化等領(lǐng)域。

圖2 油水分離機(jī)理。

  該論文的第一作者為中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所、中國(guó)科學(xué)院仿生材料與界面科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的博士生宋永楊，通訊作者為王樹濤研究員、樊俊兵副研究員。該論文的合作者還包括北京航空航天大學(xué)的周嘉嘉副教授等。

  該工作得到了的國(guó)家自然科學(xué)基金杰出青年基金，中組部國(guó)家“萬(wàn)人計(jì)劃”領(lǐng)軍人才項(xiàng)目，北京市科委計(jì)劃項(xiàng)目等資金的支持。

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.201802493?af=R