超薄耐用膜，开发用于高性能油和水分离

由Matsuyama教授Hideto和Kobe大学膜和电影技术研究中心的Yoshioka Tomohisa领导的研究人员成功地开发了具有污垢抗性二氧化硅表面处理的超薄膜，用于从水中的高性能分离。

此外，该膜显示为通用;它能够将水与各种不同的油性物质分开。

这些结果在2019年10月3日的材料化学杂志上在线公布。

介绍

从水中分离油的技术的开发对于处理各行业产生的溢油和水污染至关重要。到2025年，据预测，世界上三分之二的人口将无法充分获得清洁水。因此，开发技术以过滤油性乳液，从而增加可用清洁水量的增加越来越受到关注。

图1：SEM图像和图显示在多孔膜上的超薄二氧化硅层的形成。

与传统纯化方法相比，包括离心和化学凝结，已经提出了膜分离作为低成本，节能替代方案。虽然这项技术已经很大发展，但大多数膜都患有污垢问题，其中油的液滴不可逆转地被吸收到表面上。这导致膜孔隙阻塞，随后降低其寿命和效率。

一种减轻污垢问题的方法是将表面处理添加到膜上。然而，这种方法的许多实验遇到了原始表面结构的变化等问题，以及通过强酸，碱性和盐溶液对处理的表面层的劣化。这些问题限制了废水处理期间这些膜在恶劣条件下的实际应用。

图2：在（左）之前和（右）膜渗透之前的各种油性乳液。

在这项研究中，研究人员成功地开发一种由多孔聚酮（PK）载体组成的膜，其涂在顶表面上的10纳米厚的二氧化硅层（图1）。使用静电吸引，将该二氧化硅层形成到PK原纤维上 - 带负电的二氧化硅被吸引到带正电荷的PK。

由于其大孔和高孔隙率，PK膜具有高水平的渗透性。硅化过程 - 在PK原纤维上加入二氧化硅 - 提供强的防油涂层以保护表面改性膜免受结垢问题。

图3：制备膜的表面动态粘附和自清洁试验。

该膜的另一个优点是它不需要大的压力应用来实现高水渗透。即使利用水位低至10厘米的水位，膜也表现出水渗透，即使水位低至10厘米（压力约为0.01ATM）。此外，发育膜能够拒绝99.9％的油滴 - 包括尺寸为10纳米的油滴。通过使用该膜的面积为1M2,6000升废水，可以在1ATM的施加压力下在1小时内处理。还显示出在分离各种不同油性乳液中的水（图2）。

如上所述，硅化提供了强大的防油剂涂层。通过在膜上进行的实验来测试其耐用性反对污垢，发现油没有被吸附到表面上，并且可以容易地清除油滴（图3）。该膜对各种酸性，碱性，溶剂和盐溶液表现出较大的耐受性。

结论

该研究组开发的超薄膜已经证明了除了防污性的抗污染之外，还证明了水中的水与油性乳液的分离。分离乳液的技术在抗污染和清洁水资源短缺中是必不可少的。希望这种发展可用于治疗工业废水。

参考：“由静音性能油水乳液分离的静电吸引力策略开发的超高硅层”由雷张，玉清林，浩臣吴，梁成，玉辰孙，Tomoki Yasui，Zhe Yang，Zhe Yang，Shengyao Wang，Tomohisa Yoshiokaa和Hideto Matsuyama，2019年10月3日，材料化学杂志A.doi：
10.1039 / C9TA07988B