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哈工大邵路教授團(tuán)隊(duì) Sci. Adv.:用于超快油水分離的可生物降解靜電紡絲超親水納米纖維膜
2023-08-31  來(lái)源:高分子科技

  海上原油泄漏和工業(yè)含油廢液排放對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和人類健康構(gòu)成重大威脅,并嚴(yán)重破壞全球水-食物-能源鏈條;诔H水膜的分離技術(shù)是實(shí)現(xiàn)油水分離的有效措施,且已廣泛應(yīng)用于含油廢水的處理工藝。其分離原理主要依靠材料具有超親水性,水可以順利通過(guò)材料內(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu),在材料表面形成水化層,防止油通過(guò)。微孔和高比表面積所產(chǎn)生的毛細(xì)力可以產(chǎn)生破乳作用,有利于乳液與水分離。然而,現(xiàn)有的油水分離膜雖然能夠?qū)崿F(xiàn)含油廢水的有效凈化,但其膜材料大多來(lái)源于化石資源,膜廢料常被掩埋或焚燒,產(chǎn)生二次污染,不利于生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。


  邵路教授團(tuán)隊(duì)在上述背景下開(kāi)展了一系列工作,提出一種可按需生物降解的超親水膜靜電紡絲策略,制備出環(huán)境友好的超親水聚乳酸納米纖維膜(H-PLA-AS),對(duì)含有表面活性劑的水包油乳液有著優(yōu)異的分離性能,為超快凈化含油水體提供新思路。相應(yīng)成果發(fā)表在Science Advances上。其工作獲得國(guó)家自然科學(xué)基金(2190506722178076)、黑龍江省杰出青年科學(xué)基金(JQ2020B001)、黑龍江頭雁團(tuán)隊(duì)(HITTY-20190033)和城市水資源與環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(哈爾濱工業(yè)大學(xué))(No.2022TS43)等項(xiàng)目的支持。具體介紹如下:


  通過(guò)構(gòu)造聚乳酸和聚氧化乙烯水凝膠的交聯(lián)結(jié)構(gòu),并控制靜電紡絲參數(shù)并設(shè)計(jì)非對(duì)稱膜結(jié)構(gòu),得到了高滲透通量、高分離效率且可生物降解的超親水聚乳酸納米纖維膜。 


圖1 聚乳酸基納米纖維膜的循環(huán)、制備和生物降解過(guò)程


  聚氧化乙烯水凝膠的使用使膜表面與水分子之間形成的氫鍵數(shù)量增加了357.6 %,這將聚乳酸基疏水膜轉(zhuǎn)化為超親水膜,防止了膜污染并加速了乳化液通過(guò)膜的滲透。該研究中所提出的新策略為聚合物油水分離膜的制備提供新思路,具有廣闊的應(yīng)用前景。 


圖2 聚乳酸基納米纖維膜的結(jié)構(gòu)及鑄膜液黏度


圖3 聚乳酸基納米纖維膜的性質(zhì)


  在分離性能上,所制備的超疏水納米纖維膜對(duì)含有表面活性劑的水包正辛烷乳液有著優(yōu)異的分離性能。其中,H-PLA-AS膜對(duì)于水包正辛烷乳液分離的滲透通量為2.1×104 L?m-2?h-1?bar-1,分離效率高于99.6%,明顯優(yōu)于大多數(shù)現(xiàn)有的油水分離膜。并且,該膜在水溶液中能夠形成大量氫鍵,將蛋白酶K存在下的生物降解速率有效提高30%以上,推動(dòng)了膜分離技術(shù)在應(yīng)用中的高效化和綠色化發(fā)展。 


圖4 聚乳酸基納米纖維膜的分離性能


  該論文哈爾濱工業(yè)大學(xué)為唯一通訊單位。威海校區(qū)特聘教授程喜全為論文第一作者;程喜全教授、馬軍院士和邵路教授為論文共同通訊作者。威海校區(qū)本科生李童語(yǔ)、研究生焦陽(yáng)相關(guān)研究工作。


  原文鏈接:https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adh8195

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