超薄耐用膜的開發(fā),可有效分離油和水
來源:神戶大學(xué)(Kobe University)
神戶大學(xué)膜與膜技術(shù)研究中心 MATSUYAMA Hideto 教授和 YOSHIOKA Tomohisa 教授領(lǐng)導(dǎo)的研究人員成功地開發(fā)了一種具有抗污染二氧化硅表面處理的超薄膜,用于高性能的油水分離。
此外,這種膜被證明是多用途的;它能夠從各種不同的油性物質(zhì)中分離水。
這些結(jié)果于2019年10月3日在線發(fā)表在“材料化學(xué)雜志A”上。
介紹
開發(fā)油水分離技術(shù)對于處理各種工業(yè)產(chǎn)生的溢油和水污染至關(guān)重要。到2025年,預(yù)計(jì)世界三分之二的人口將無法獲得足夠的清潔用水。因此,開發(fā)過濾含油乳化液的技術(shù),從而增加可用清潔水的數(shù)量,正日益受到重視。
與傳統(tǒng)的離心、化學(xué)混凝等凈化方法相比,膜分離被認(rèn)為是一種低成本、節(jié)能的方法。盡管這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)得到了極大的發(fā)展,但大多數(shù)膜都存在污染問題,油滴會(huì)不可逆地吸附到表面上。這導(dǎo)致膜孔堵塞,從而降低其使用壽命和效率。
減輕污染問題的一種方法是在膜上添加表面處理。然而,用這種方法進(jìn)行的許多實(shí)驗(yàn)都遇到了原表面結(jié)構(gòu)的變化以及強(qiáng)酸、強(qiáng)堿和鹽溶液處理后表面層的劣化等問題。這些問題限制了此類膜在污水處理過程中惡劣條件下的實(shí)際應(yīng)用。
研究方法
在這項(xiàng)研究中,研究人員成功地開發(fā)了一種由多孔聚酮(PK)支撐物組成的膜,其頂部表面涂有10納米厚的二氧化硅層(圖1)。這種二氧化硅層是利用靜電吸引作用在PK纖維上形成的-帶負(fù)電的二氧化硅被帶正電的PK吸引。
圖1:在多孔膜上形成超薄二氧化硅層的掃描電鏡圖像和圖表。
PK膜具有孔隙率高、孔隙率大的特點(diǎn),具有較高的透水性。硅化過程-在PK纖維上添加二氧化硅-提供了一個(gè)強(qiáng)大的防油涂層,以保護(hù)表面改性膜免受污染問題。
這種膜的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它不需要大的壓力來實(shí)現(xiàn)高滲透性。即使使用了低至10厘米(壓力約為0.01 atm)的水位,膜仍表現(xiàn)出重力透水性。此外,開發(fā)出的膜能夠拒絕99.9%的油滴,包括10納米大小的油滴。使用這種面積為1平方米的膜,可以在1個(gè)小時(shí)內(nèi)處理6000升廢水,外加壓力為1 atm。它也被證明能有效地從各種不同的油乳劑中分離水(圖2)。
圖2:膜滲透前(左)后(右)的各種油乳劑。
如前所述,硅化提供了一個(gè)強(qiáng)大的防油涂層。通過在膜上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)來測試其抗污染的耐久性,發(fā)現(xiàn)油不會(huì)吸附在表面上,油滴很容易被清除(圖3)。這種膜對各種酸性、堿性、溶劑和鹽溶液具有很強(qiáng)的耐受性。
圖3:制備膜的表面動(dòng)態(tài)附著力和自清潔試驗(yàn)。
結(jié)論
該研究小組開發(fā)的超薄膜除具有抗污染能力外,還具有高效的油水分離性能。在防治水污染和清潔水資源短缺的斗爭中,分離乳劑的技術(shù)是必不可少的。希望這一研究成果能應(yīng)用于工業(yè)廢水的處理。
詞匯表
乳液:
當(dāng)一種液體包含一種或多種其他液體的分散時(shí)。
期刊信息
標(biāo)題
“通過靜電引力策略開發(fā)的超薄原位硅化層,用于超高性能油水乳液的分離”
DOI:10.1039/C9TA07988B
作者
Lei Zhang, Yuqing Lin, Haochen Wu, Liang Cheng, Yuchen Sun, Tomoki Yasui, Zhe Yang, Shengyao Wang, Tomohisa Yoshioka, Hideto Matsuyama
期刊
材料化學(xué)學(xué)報(bào)A
來源:https://www.kobe-u.ac.jp/research_at_kobe_en/NEWS/news/2019_12_26_01.html
聲明:本文由仁達(dá)化工編譯,中文內(nèi)容僅供參考,一切內(nèi)容以英文原版為準(zhǔn)。
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