特异润湿型油水分离材料的研究进展

近年来,海上石油泄漏事故和各种含油有害污水排放日益频繁,不仅造成了严重的环境污染,同时也危及到人类健康。因此,如何高效分离油水混合物成为当前材料学领域一个亟待解决的问题和研究热点。目前,具有被油或水所选择性润湿的特异浸润性材料已被广泛应用于油水分离,它们具有高效的油水分离效果,应用前景相当广阔。综述了近年来各类新型、高效的特异润湿型油水分离材料的制备方法及其吸油能力、分离效率以及重复使用性能,总结了油水分离材料领域的研究现状及尚待解决的难点,同时也展望了该领域未来研究的热点及发展方向。     

超亲水/水下超疏油膜功能材料及其研究进展

含油污水,特别是油/水乳液的分离是世界性的挑战。膜分离法由于具有分离效率高、能耗低、易于操作等特点,在油水分离领域具有较大的优势。超亲水/水下超疏油材料是"除水型"特殊润湿性材料,与超疏水-超亲油网膜相比,超亲水/水下超疏油膜在对抗有机污染和生物污染方面更具优势。超亲水/水下超疏油膜在处理含油污水过程中面临的主要问题有化学稳定性及膜污染。膜污染会导致分离效率及过滤通量下降等问题,缩短膜的使用寿命。因此,解决滤膜污染问题对污水处理至关重要。目前超亲水/水下超疏油材料改性的重点主要有三方面:提高过滤通量、抗污能力及设计合适的孔径。许多研究人员通过对疏水性基材(聚合物膜、金属筛网)进行改性以增强膜的亲水性和抗污性能,并取得了丰硕的成果。目前,聚合物膜改性方法主要分为基体改性和表面改性两种。基体改性即通过接枝共聚或共混等方法对膜进行亲水改性,然后将改性后的膜材料用于膜制备。表面改性是指对商业滤膜表面接枝极性单体或亲水单体。金属筛网常用的改性方法有化学刻蚀、表面涂覆、电化学沉积等。通过改变膜表面的化学组成和粗糙度调控滤膜的超润湿性能,从而提高膜的亲水性、分离效率和抗污性能。为了响应处理工业溢油及保护环境的要求,迫切需要开发具有高分离效率、高选择性和高稳定性的新型分离材料和技术,以应对日趋复杂的油水分离环境。本文以分离油水混合物及油水乳液的滤膜材料作为研究体系,首先介绍了超亲水/水下超疏油表面的理论基础及其构筑机理,然后从不同基材的角度介绍了油水分离功能材料的制备工艺及改性方法。本文全面综述了超亲水/水下超疏油金属网膜、聚合物膜材料和基于纳米材料的新型功能分离膜的研究进展,从润湿性、过滤通量、分离效率、抗污性能等方面综合评估了油水分离功能膜的性能,最后总结和展望了油水功能分离膜未来的发展趋势。     

浸润性材料用于含油废水处理的研究进展

材料表面的浸润性对于分离混合物/乳液(如油与水或相反的水与油)极其重要。超浸润材料的发展已经显示出具有从油水乳液中回收水的巨大潜力，同时提供最大的抗污垢性能。在工业生产过程中，石油和天然气工业不断产生大量的废液，这些废液排放在水中导致水体污染，已经严重影响了人类社会的发展。因此，急需一种高效的技术来处理工业生产过程中产生的含油废水。在多种分离技术中，膜基分离技术已用于分离含油废水中的油水混合物/乳液。从亲水性、疏水性和超浸润性3个方面系统阐述了浸润性材料的性质及其在含油废水处理领域的相关应用；总结了浸润性改变在含油废水处理方面的不同作用；最后，指出了浸润性改性的重要性、面临的挑战和未来前景，以为浸润性改性的选择和设计提供必要的指导，并为含油废水处理的应用和发展提供支持。     

等离子体预处理制备抗菌-特殊润湿性除油型棉织物

为实现特殊润湿性材料的规模化生产,构筑长效、耐久、稳定的特殊浸润性油水分离产品,以棉织物网膜为基材,对其进行了等离子体预处理与超疏水性界面构建的研究。即将聚氨酯胶黏剂(PU)与合成的Ag@SiO2球形颗粒分别配制成涂剂A与涂剂B,采用简单的交替高压喷涂技术与疏水改性处理,在棉织物表面构建了强健的微纳二级粗糙结构,继而获得超疏水性生物质网膜材料。系统地研究了等离子体预处理基材距离、电压、喷涂次数等对基材表面粗糙度的作用规律,并对合成产品在抗菌防护与油水分离领域进行了应用探索。结果,该产品是一种优异的特殊润湿性除油型生物质基网膜材料,能够有效地实现油水分离应用,并防止病菌附着。     

超疏水复合海绵材料的制备及在油水分离的应用

含油污水的治理已经成为世界性的难题, 如何有效分离油水混合物成为亟待解决的问题。本研究通过绿色环保、简单浸蘸的表面修饰法, 以三聚氰胺海绵(MS)作为基底材料, 选择氧化石墨烯溶液(GO)与聚四氟乙烯浓缩分散液(PTFE)的混合液对MS改性, 成功制备出性能优异的超疏水材料(GPMS)。采用X射线衍射仪(XRD), 热重分析仪(TG)、傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)和扫描电子显微镜(SEM)对制备的GPMS进行结构、形貌和组分分析, 并对其表面浸润性、压缩循环性、选择吸附性能以及连续油水乳浊液分离性能进行了系统研究。结果表明, 制备的GPMS具有超疏水性(疏水角可达168°); 机械性能优越, 可以完成50次压缩循环实验; 能够选择性地吸附水上浮油与水下重油, 还可对油水乳浊液实现高效分离, 是一种具有实际应用价值的含油污水治理材料。     

超浸润膜材料的制备方法及其在含油污水处理中的研究与应用状况

随着工业的不断发展,对含油污水进行处理以实现资源的回收和利用迫在眉睫。对含油污水而言,超浸润材料由于其高分离效率和低能耗而成为处理含油污水最有前景的材料之一。在各种处理方法中,膜分离法由于具有低能耗、绿色环保等优点成为未来最受欢迎的处理方法之一。介绍了膜表面浸润性的基本理论以及超浸润表面的制备方法,并进一步阐述了超浸润膜材料用于各类多油废水处理的研究状况,最后对其未来的发展趋势进行了展望。     

特殊浸润性纳米纤维膜材料在油水分离中的研究进展

油水混合物经过分离后再处理,不仅可以实现油、水资源的重复利用,还能有效避免由于直接排放所造成的环境污染问题,因此研究用于分离油水混合物的材料对于节约资源和保护环境就显得尤为重要.其中,特殊浸润性纳米纤维膜材料具有超疏水/超亲油或超亲水/超疏油等特性,这使其在油水分离的应用研究中得到广泛关注.基于此,本文对特殊浸润性纳米纤维膜材料在油水分离领域的研究现状和应用进行了综述.介绍了特殊浸润性材料的基础理论和电纺纳米纤维膜的应用,归纳并总结了特殊浸润性纳米纤维膜材料在油水分离领域中的研究进展,最后指出在油水分离过程中,特殊浸润性纳米纤维膜上精细的微观结构很容易受到机械损坏和化学污染,这极大地限制了其在油水分离中的应用,同时对于研究出结构稳定、耐酸碱、并且可大规模生产的高效分离性能的特殊浸润性纳米纤维膜材料进行了展望.     

具有可逆润湿性Bi2O3涂层在抗菌和油水分离中的应用

具有特殊润湿性材料的应用是近年来研究的热点.疏水改性的Bi2O3涂层在紫外-可见光光照和暗室存储的条件下可以实现超疏水-超亲水的可逆转换,本工作研究了在不同润湿性条件下Bi2O3涂层在抗菌和油水分离中的应用.结果表明,超疏水表面对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有良好的抗细菌黏附作用,而超亲水表面则表现出选择性的抗菌活性.在油水分离方面,超疏水表面可以阻隔水,使油通过滤网,分离效率达93％以上,而超亲水表面在预润湿处理后可以阻隔油,使水通过滤网.因而具有可逆润湿性Bi2O3涂层可作为一种智能的抗菌油水分离膜材料,在油水分离领域具有潜在的应用前景.     

超亲水-超疏油油水分离材料的研究进展

由于工业的快速发展及远洋石油泄漏事故的频繁发生,含油废水的处理成为当今一大热点问题。因此,迫切需要研究出一种高效、低成本、可重复使用的高性能油水分离材料。近年来,受荷叶自洁性、鱼鳞水下超抗油污、玫瑰花超疏水性等的启发,人们开发了大量的超亲油-超疏水型及超亲水-水下超疏油型油水分离材料,但这些材料还存在以下缺点:(1)由于材料的亲油性,其孔道易被油污堵塞,分离效率会大幅降低;(2)水的密度一般比油大,进行油水分离时,通常需要外加能量。随后,学者通过对材料表面化学成分及表面粗糙结构进行深入研究,开发出一种更先进的超亲水-超疏油材料,其具有隔油透水性,在处理含油废水时呈现出防油污、高通量、高效率、可重复使用的优点;此外,由于其具有亲水性,仅在重力作用下即可完成油水分离,具有重要的实际应用意义。根据表面能原理可知,超疏油表面往往也超疏水,因此要合成超亲水-超疏油材料十分困难。早期研究者认为有以下三种理论可以解释超亲水-超疏油表面形成的原因:(1)超亲水-超疏油表面是由极性液体与非极性液体在表面的润湿性差异实现;(2)水的作用力诱导表面分子重排;(3)油滴较大被表面疏油组分阻挡,水滴较小可穿透疏油层到达亲水区域。这三种理论的提出加快了超亲水-超疏油表面的研究进程,但并未形成系统的理论体系。近年来,研究者发现材料表面能由极性分量与色散分量组成,因此他们提出可以通过控制这两种因素来调控材料表面的润湿性。该系统理论的提出加速了超亲水-超疏油材料的发展,为未来该类材料的发展与设计提供了理论依据。本文首先介绍了超润湿的基础理论、油水分离机理,然后综述了超亲水-超疏油材料制备的四种理论,总结了近几年超亲水-超疏油材料的特点及在油水分离方面的应用。最后针对该领域存在的问题,提出了解决方法并展望了其未来的发展方向。     

基于超润湿材料的乳液油水分离研究进展EI北大核心CSCD

在表面活性剂的作用下,油水混合物易转变为乳液,从而形成稳定的油水混合系统,给分离带来了困难。结合固体表面微观几何结构和化学组成,制备的超润湿材料为乳液油水分离提供了一个良好的平台。文中首先介绍了超润湿性的基本理论,然后综述了基于超润湿材料的乳液分离研究进展,包括分离油包水乳液的超疏水超亲油材料、处理水包油乳液的超亲水及水下超疏油材料和同时分离两种类型乳液的智能超润湿材料。最后,对该领域存在的一些问题以及未来的发展方向分别进行了总结和展望。     

基于超润湿材料的乳液油水分离研究进展

在表面活性剂的作用下,油水混合物易转变为乳液,从而形成稳定的油水混合系统,给分离带来了困难。结合固体表面微观几何结构和化学组成,制备的超润湿材料为乳液油水分离提供了一个良好的平台。文中首先介绍了超润湿性的基本理论,然后综述了基于超润湿材料的乳液分离研究进展,包括分离油包水乳液的超疏水超亲油材料、处理水包油乳液的超亲水及水下超疏油材料和同时分离两种类型乳液的智能超润湿材料。最后,对该领域存在的一些问题以及未来的发展方向分别进行了总结和展望。     

油水分离膜材料制备及其应用研究进展

油水混合物不仅对生态环境造成破坏，同时也危及人类身体健康。针对油水混合物进行高效分离，不仅可以实现油、水资源的重复使用，还可有效地避免其直接排放所造成的严重环境污染问题。因此开发高效油水分离材料对于资源节约，实现双碳目标和践行习总书记“绿水青山就是金山银山”理念具有重要意义。特殊润湿性因其对油水两相的响应不同在油水分离领域中显示出良好的应用前景，具备该特性的油水分离膜材料分离效率高、分离速度快、能耗低、可扩展性好、操作简单且可回收利用，因此针对油水分离膜材料制备过程中基底材料选择的不同，详细介绍了以金属、聚合物、生物质和无机物为基底材料制备油水分离膜材料及其应用研究进展，并对油水分离膜材料领域研究进行展望。     

用于油水分离的静电纺纳米纤维膜研究进展

近年来,石油泄漏以及工业含油废水的排放对生态环境造成了严重的损害,高效节能的新型油水分离材料已成为研究热点。具有特殊亲液性的静电纺纳米纤维膜是一种可用于油水分离的新型膜材料,它具有较高的比表面积和孔隙率,既可以自发实现油水分离,又能减少能源消耗。主要介绍了超亲水疏油、超疏水亲油、智能切换亲水/亲油以及单向导油纳米纤维膜,及纤维膜的制备方法、亲液性以及油水分离过程和分离效率;并对静电纺油水分离纳米纤维膜所面临的挑战和应用前景进行了展望。     

自清洁涂层的制备及应用研究进展

自清洁涂层具有特殊的表面润湿性,能够清除表面的粉尘、污水,保持表面美观,延长了材料使用的寿命,并逐渐得到人们的关注。介绍了自清洁涂层的理论依据,综述了其制备方法及应用的研究进展,同时对自清洁涂层的发展进行了展望。     

金属纤维聚水性能在喷气燃料中的应用

喷气燃料过滤净化技术属于交叉学科,涉及诸多领域。目前,玻璃纤维是聚水的主要材料,但玻璃纤维的机械强度及表面润湿性成了油水分离技术应用的瓶颈。基于此,该文介绍了金属纤维在喷气燃料上聚水的原理以及金属纤维参数对聚水性能的影响,为喷气燃料净化技术的应用提供了参考。     

油水分离膜研究进展

油水分离膜由于具有通量高、截留性能好和应用范围广的特性,目前成为油水分离材料研究的热点之一.本文论述了高抗污分离膜、高通量分离膜、高精准分离膜、高适用分离膜和刺激响应分离膜的研究进展,讨论了目前超浸润油水分离膜材料的分离机理,提出了油水分离膜目前面临的长效抗污关键问题,并提出探索新型的聚并破乳机制以及设计并构筑高抗污表面,是未来油水分离膜突破应用瓶颈需要发展的重点.     

天工大林立刚研究员团队在油水分离膜改性上获新进展

<正>随着全球经济的快速发展,大量的含油污水被排放,同时海洋原油泄漏事件频发,对生态环境和人类的健康造成了严重威胁,油水分离作为世界性难题一直是工业界和科学界关注的热点.利用膜分离技术来实现油水分离被认为是最具前景的分离手段之一,然而,传统的膜分离材料在油水分离过程中易发生膜污染,导致膜通量和分离效率急剧降低,且传统分离膜在选择性/渗透性方面很难做到最优化,高选择性和高渗透性往往难以兼得.因此,构建抗污染且有效打破"选择性-渗透性权衡效应"的分离膜是实现高效油水分离的关键.     

活性炭/聚四氟乙烯改性三聚氰胺海绵及其在油水分离中的应用

如何治理含油废水带来的污染已成为目前困扰全球的严峻问题。传统油水分离材料在性能、成本、制备等方面的缺陷制约了其实际应用。因此,性能优异、成本低廉、制备简便的新型油水分离材料的研究引起了广泛关注。本研究首先将粉末活性炭(AC)与具有低表面能的聚四氟乙烯浓缩分散液(PTFE)混合,制备出新型涂料(AC/PTFE);然后将它浸涂包裹在三聚氰胺海绵(MS)的骨架上,再通过简单的热处理,即可制备出新型三维油水分离材料(AC/PTFE-MS)。性能测试结果表明,所制备的AC/PTFE-MS具有超疏水性(疏水角可达165°),在300次挤压后依然保持这种性能。同时,AC/PTFE-MS具有高的吸附倍率,能够选择性吸附水上浮油与水下重油,还可实现对油水混合乳液的高效分离,是一种具有较高实际应用价值的含油废水治理材料。     

凹凸棒石在油水分离中的应用研究进展

因工业石油的大量泄露,含油废水成为常见的污染物,目前膜分离技术被广泛应用于油水分离。本文简要介绍了凹凸棒石的背景及结构,重点介绍了凹凸棒石复合材料形成的膜结构在油水分离中的应用,最后指出凹凸棒石和膜结构的未来发展方向。     

表面微溶喷涂法制备不对称结构高强度锦纶油水分离材料及其性能研究

使用奥利弗宝对平纹结构的锦纶机织布进行改性,将改性机织布一侧浸泡在质量分数不同的甲酸溶液中,使用喷涂方式把聚四氟乙烯纳米颗粒喷涂在改性机织布表面,得到一侧表面疏水疏油、另一侧表面疏水亲油的油水分离材料。使用X射线光电子能谱仪、接触角测试仪、场发射扫描电子显微镜等对纯锦纶机织布和改性锦纶机织布中元素含量、吸液性能、形貌特征进行分析和表征,并测试了材料的油水分离性能和力学性能。研究表明:当甲酸质量分数为20%时,制备的油水分离材料具有较高的分离效率,拉伸强度为138.97MPa,耐磨性更高、实用性更强,可将其应用于特殊环境的油水分离。