海上原油泄漏以及在石化、機械、皮革、紡織等工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的含油廢水，使得油類通過各種途徑進入水體。為了保護生態(tài)平衡和人類健康，保護有限的水資源，十分必要對含油污水進行有效分離。具有特殊表面潤濕性的復(fù)合材料可以簡便有效實現(xiàn)油水分離功能，但目前大部分這類材料只能對油水混合物進行分離，不能對油水乳液、尤其是表面活性劑穩(wěn)定的油水乳液進行有效分離。另外，油污水中也常常含有有機污染物或有害細菌等微生物，油水分離后的水質(zhì)不能直接排入水體系統(tǒng)，目前還缺少有效手段凈化分離后的油污水質(zhì)。因而，構(gòu)建新型油水分離材料，進而有效分離油污水，同時實現(xiàn)對水質(zhì)的凈化對保護生態(tài)具有重要的意義。

    中科院寧波材料所高分子事業(yè)部陳濤研究員的智能高分子材料團隊長期致力于二維高分子納米復(fù)合油水分離材料的研究，通過表面接枝高分子刷和多級組裝技術(shù)，獲得多種新型復(fù)合材料，可實現(xiàn)高效分離油水乳液和凈化水質(zhì)?？蒲腥藛T采用多孔陶瓷作為襯底，抽濾納米碳管（CNTs）成膜，采用自引發(fā)的光接枝光聚合（self-initiated photografting and photopolymerization，SIPGP）的方法接枝疏水性的高分子聚苯乙烯（PS）到CNTs的表面，進而協(xié)同利用CNTs薄膜的高粗糙度表面，獲得超疏水性的二維雜化薄膜材料。該膜可用于微米和納米級油包水乳液的大通量、高效分離（J. Mater. Chem. A, 2014, 2, 15268-15272，圖1上，內(nèi)封面）。在此基礎(chǔ)上，將得到的超疏水性的PS/CNTs薄膜反轉(zhuǎn)并轉(zhuǎn)移到另一個基底上，再次通過SIPGP將親水性的聚甲基丙烯酸二甲胺乙酯（PDMAEMA）單向接枝到CNTs膜的表面，從而得到具有親水/疏水結(jié)構(gòu)的雙面（Janus）復(fù)合薄膜（PDMAEMA/CNTs/PS），實現(xiàn)對油包水和水包油乳液進行選擇性分離的效果（ACS Appl. Mater. Interfaces, 2014, 6, 16204，圖1下）。針對現(xiàn)有油水分離材料不耐腐蝕的問題，該團隊在CNTs表面接枝修飾較低表面能的全氟癸基三乙氧基硅烷（PFDTS），從而簡便制備了形貌、流速可控的PFDTS/CNTs 薄膜，實現(xiàn)高效、快速的乳化油水分離。該薄膜具有較好的耐酸堿、耐高溫低溫和阻燃性能，為提高油水分離材料的實用性奠定了良好的基礎(chǔ)（J. Mater. Chem. A, 2015, 3, 4124）。

    圖1. （上）超疏水性PS/CNTs薄膜的制備以及分離油水乳液， （下）Janus 碳基薄膜分離油水乳液

    為快速有效去除油污水中的有害污染物，該團隊通過表面接枝分子刷和層層組裝技術(shù)，獲得一種新型多級復(fù)合材料，實現(xiàn)高效分離油水乳液和凈化水質(zhì)。利用抽濾的方法，使得高密度負載金納米顆粒的聚苯乙烯復(fù)合微球（PS@AuNPs）緊密堆積，組裝形成復(fù)合微球催化薄膜，進而將親水性碳納米管薄膜沉積在微球薄膜表面，從而獲得一種水下超疏油、具有催化功能的多級復(fù)合薄膜（J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 10810，圖2）。分離過程中，油相被上層碳管薄膜阻截，水相則通過微球間彎曲孔道穿過下層復(fù)合微球薄膜，從而實現(xiàn)油水分離功能。水相繞流經(jīng)過微球孔道的同時，水相中模型有機污染物（硝基苯酚和硼氫化鈉混合溶液）與孔道內(nèi)壁上的高密度金納米顆粒充分接觸，被快速催化分解，實現(xiàn)快速有效催化降解水中有機污染物。這種新型復(fù)合薄膜材料，首次同時實現(xiàn)了油水乳液分離和催化分解水溶性有機污染物，處理通量達到3500 L m-2 h-1 bar-1，催化效率最高可達92.6%，并具有良好的力學和催化穩(wěn)定性，可多次重復(fù)使用，并適于連續(xù)性操作，為工業(yè)化廢水處理提供了一種新的分離技術(shù)。當負載銀納米顆粒（Ag NPs）到超親水CNTs分離薄膜中，利用銀納米顆粒的殺菌性能，可在油水分離的同時殺死水質(zhì)中的有機污染物或細菌（RSC Adv., 2016, 6, 73399-73403），從而同時實現(xiàn)油水分離和快速有效凈化水質(zhì)。

    圖2. CNTs/PS@ AuNPs 多級復(fù)合薄膜的催化降解和油水分離功能

    以上工作得到了國家自然科學基金（51303195，21304105）、浙江省杰出青年基金（LR14B040001）、寧波市自然科學基金（2014A610127，2015A610022）、中科院海洋新材料與應(yīng)用技術(shù)重點實驗室開放課題（2016Z01）以及浙江省公益技術(shù)應(yīng)用研究計劃（2015C33031）等項目的資助。

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責任編輯：王元

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