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  近年來世界各地原油泄露事故不斷發(fā)生，泄露的原油和有機(jī)溶劑已經(jīng)對(duì)生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成了嚴(yán)重?fù)p失。為了解決原油和有機(jī)溶劑的污染，大多采用原位燃燒、過濾、生物降解等方法，不僅會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染而且效率低、費(fèi)用高。受到大自然中荷葉、甲殼蟲等生物的啟發(fā)，科學(xué)家研究開發(fā)了具有疏水吸油功能的油水分離材料，其中疏水多孔的聚合物材料由于其效率高、成本低和性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)日漸成為油水分離的熱門材料。

  鄭州大學(xué)橡塑模具國(guó)家工程中心申長(zhǎng)雨院士和劉春太教授團(tuán)隊(duì)的劉憲虎博士課題組前期提出了一種簡(jiǎn)單的水輔助熱致誘導(dǎo)相分離法制備聚合物疏水多孔材料，并將其用于油水分離中。例如，通過向聚氨酯-二氧六環(huán)溶液中加入少量的去離子水，經(jīng)過冷凍干燥后可獲得密度為13 mg/cm³、孔隙率為91%的超疏水聚氨酯泡沫，將其當(dāng)作泵吸材料處理廢油時(shí)，發(fā)現(xiàn)在經(jīng)過10次泵吸循環(huán)之后，分離效率仍接近100%。在此基礎(chǔ)上，他們采用水輔助熱致誘導(dǎo)相分離方法并不斷調(diào)整去離子水含量成功制備了聚氨酯的光滑實(shí)心和納米多孔微球，以及改性的超疏水聚酯無紡布，以“Simple water tunable polyurethane microsphere for super-hydrophobic dip-coating and oil-water separation”為題發(fā)表在期刊Polymer上。

  為了探究去離子水含量對(duì)聚氨酯微球相貌的影響，他們進(jìn)行了不同水含量影響的實(shí)驗(yàn)。形貌結(jié)果分析表明，隨著去離子水含量的增加，聚氨酯逐漸從多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的泡沫轉(zhuǎn)變成光滑的實(shí)心微球和納米多孔微球。

圖1. 不同含量水的聚氨酯泡沫和微球的SEM圖：(a)1, (b)4, (c)6, (d)8, (e)12和(f)13 ml。

  此外，他們發(fā)現(xiàn)含有一定量水的聚氨酯-二氧六環(huán)溶液可以對(duì)商用聚酯無紡布進(jìn)行改性，經(jīng)過冷凍干燥處理制得接觸角為153°的超疏水無紡布。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，超疏水無紡布在強(qiáng)酸強(qiáng)堿和高溫下仍能保持較好的疏水性能。

圖2. 改性前(a)和改性后(b)無紡布的SEM圖，改性無紡布在(c)酸堿環(huán)境和(d)不同溫度下的接觸角。

  另外，將超疏水無紡布用作過濾膜，利用重力分離油和水，經(jīng)過十次油水分離后其分離效率仍可達(dá)98%，通量可達(dá)20.2 m³ m^-2h^-1。

圖3.不同種類油的(a)分離效率和(b)通量。

  鄭州大學(xué)橡塑模具國(guó)家工程研究中心的碩士研究生袁煥是該論文的第一作者，邵春光副教授和劉憲虎博士為共同通訊作者。

  原文鏈接：Huan Yuan, Yamin Pan, Xiaolong Wang, Qiang Chen, Qian Hu, Chunguang Shao*, Zhanhu Guo, Chuntai Liu, Changyu Shen, Xianhu Liu*, Polymer, 20 July 2020, 204, 122833.

  https://doi.org/10.1016/j.polymer.2020.122833