网膜过滤法能够高效且低能耗的实现油水分离,在海洋油污、工业污水处理等方面有着广阔的应用前景,因此如何制备有效、高寿命的超浸润性涂层材料是核心问题。实际上大部分油的密度要小于水,这使得“阻油型”表面更适用于重力驱动的油水分离且可以更好的保护表面免受油污污染。然而,由于油的表面张力往往低于水的表面张力,通常情况下疏油的表面则“一定”是疏水的,所以超疏油性和超亲水性在同一表面上共存问题一直是润湿性材料制备的一大挑战。
哈尔滨工业大学的赵学增教授与潘昀路教授所带领的课题组“微纳测量与表征实验室(MLM&C)”近日提出一种先进的超润湿性涂层材料制备方案。该方案不仅可以制备出超疏油/超亲水的润湿性涂层,同时还可以实现“超疏油/超亲水”到“超亲油/超疏水”的润湿性转换,从而提高了油水分离网膜的使用寿命和使用范围。相关工作在《ACS Applied Materials & Interfaces》 期刊上发表了标题为”Hygro-responsive, Photo-decomposed Superoleophobic/Superhydrophilic Coating for On-demand Oil-water Separation”的文章。
1. 材料制备
图1 “超疏油/超亲水”涂层的制备方案,以及TiO2颗粒的尺寸分布
2.润湿性的转换及原理
图3(a)水和油在不同润湿性状态的表面上的静态润湿性 (b)润湿性转换前后水和油在表面上的静态接触角
3.油水分离效果分析
图5 水包油(a)、油包水(b)乳浊液分离效果分析
4.表面氟化物的光降解
图6 紫外光下TiO2降解PFOA的傅立叶红外光谱图
论文的第一作者为哈尔滨工业大学博士生孔文婷,哈尔滨工业大学青年教师李斐然博士为论文通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金的大力支持。
相关链接
https://doi.org/10.1021/acsami.1c08500