受污染的油性废水中不仅含有不溶的油污，而且还包含各种有机污染物。如何同时处理废水中的油污及有机污染物，是目前污水治理的热点和难点之一。长安大学绿塑创新团队颜录科教授和中国科学院宁波材料所智能高分子团队陈涛研究员合作，以表面接枝聚丙烯酸（PAA）的碳纳米管（CNTs）负载具有特殊催化性的粒子，通过真空抽滤制备多功能油水分离膜，在含油污水和染料污水双功能水净化方面取得新进展。

  研究人员通过自由基聚合和真空抽滤方法，制得兼具分离水包油型乳液和降解亚甲基蓝（MB）的“除水型”分离膜（图1）。作者以商用PVDF膜为基底膜，PAA接枝使CNTs分离膜具有超亲水/水下超疏油的浸润性质，MIL101（Fe）@Pt作为催化性粒子，被截留在CNTs-PAA膜表面，使膜在动态含油污水净化过程中能有效降解水溶性染料。该复合膜可以快速分离多种表面活性剂稳定的水包油型乳液（包括水包己烷乳液，水包二氯甲烷乳液，水包硅油乳液和水包氯仿乳液）同时降解MB，尤其是同时分离水包己烷乳液和降解MB的通量高达11,000 Lm^-2h^-1bar^-1，远高于多数多功能油水分离膜。油水分离效率可达98.8%，MB降解效率可达98.5%。此外，该复合薄膜具有制备简便，环境友好，耐弯曲，抗腐蚀和分离稳定等特性。5次重复实验后，分离通量和效率没有明显降低（图2）。相关研究工作以“Multifunctional CNTs-PAA/MIL101(Fe)@Pt composite membrane for high-throughput oily wastewater remediation”为题，发表在Journal of Hazardous Materials 期刊上。

图1 CNTs-PAA/MIL101（Fe）@Pt复合膜制备及其用于油水分离和染料降解的示意图

图2 CNTs-PAA/MIL101(Fe)@Pt复合膜同时分离水包油型乳液和降解MB的性能

  在此研究基础上，将CNTs和硫酸氧钛（TiOSO₄）复合，采用水合-脱水方法，在CNTs上原位复合二氧化钛（TiO₂），制备“除水除油型”CNTs/TiO₂复合膜（图3）。该复合膜具有空气中超亲水超亲油，水下/超疏油和油下/超疏水的特性（图4）。通过表面预浸润处理，该复合膜能够分离不同的油水混合物、水包油型乳液及油包水型乳液，具有高通量、高效率和高稳定等优点。其中，二氯甲烷包水乳液的通量高达40,000 Lm^-2h^-1bar^-1，远超多数油水分离膜，分离效率可达98.9%（图5）。此外，该复合膜重复使用性好，在严苛环境下（1 M腐蚀性溶液中浸泡24 h）具有稳定超疏油和分离性能。

图3 CNTs/TiO₂的制备及其复合膜用于油水分离示意图

图4 CNTs/TiO₂复合膜的润湿性表征

图5 CNTs/TiO₂复合膜分离不同类型油水乳液的性能

  相关研究工作以“CNTs/TiO₂ composite membrane with adaptable wettability for on-demand oil/water separation”为题，发表在Journal of Cleaner Production 期刊上。

  长安大学硕士研究生刘超慧为上述系列工作的第一作者。该系列研究工作得到了长安大学中心学院基础科学专项基金、海洋材料及相关技术重点实验室研究基金、中国科学院前沿科学与教育局、宁波科技局等项目的资助。

  论文链接：

  https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.123547

  https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.124011