江南大学董亮亮《Nat. Commun.》：“小”气体“大”用途2.0 - 可用于油/水分离系统的CO?响应性分离膜

2023-03-07 来源：高分子科技

频繁的石油泄漏事故以及工业和居民生活污水的大量排放造成严重的环境污染，危害人类健康，因此，开发高效油水分离膜材料成为当前的研究热点之一。刺激响应性分离膜是一类可通过“感知”周围环境变化来自发调控膜的物化性质从而实现对膜通量和选择性的可逆调节的智能分离膜。这种特性使其在实际的油水分离过程中具有灵活性与可控性。然而，这类分离膜往往面临着制备工艺复杂、成本高、响应性不够灵敏、自清洁性能差和难以规模化制备等问题。

图1 基于毛细力驱动的限域自组装制膜过程

针对上述问题，江南大学化学与材料工程学院膜科学与膜过程团队（MSMP）的董亮亮副教授受自然界毛细现象启发，提出了一种基于毛细力驱动的限域组装制膜新策略，成功构建了可用于各种油/水分离体系的CO₂响应性分离膜（图1）。与其他刺激方式相比，CO₂刺激具有环境友好、成本效益高、对膜结构损害等优点。并且通过调控毛细力大小，可以实现CO₂响应性聚物在基膜表面快速均匀地附着，从而表现出优异的润湿性切换（图2A）。制备的CO₂响应性分离膜可应用于各种油/水分离体系（如油/水混合物、表面活性剂稳定的油/水乳液、多相乳液（图2B）和含污染物乳液），均具有优异的分离效率（>99.9%）和自清洁性能（图2C，D）。该工作以“Scalable and switchable CO2-responsive membranes with high wettability for separation of various oil/water systems”为题发表在《Nature Communications》上(Nat. Commun., 2023, 14, 1108)。文章第一作者是江南大学化学与材料工程学院硕士研究生汪杨杨，共同一作为江苏大学的杨绍康博士、清华大学的张经纬博士，通讯作者为江南大学化学与材料工程学院董亮亮副教授。该工作得到国家重点研发计划、中央高校基本科研基金等基金支持。

图2 A气体控制可切换润湿性；B多项乳液分离过程；C，D膜的自清洁性能与刺激响应分离机理

该工作是团队近期关于CO₂响应性分离膜的最新研究进展之一，近年来该团队还开展了多项CO₂响应性分离膜的研究，通过改变气体刺激源（CO₂/Ar）,实现了膜对不同分子和离子的选择分离，拓展了CO₂响应性分离膜在超滤、纳滤等领域的应用（Chem. Commun., 2017, 53, 9574；J. Mater. Chem. A, 2018, 6, 6785；J. Membr. Sci.，2019, 592, 117374；J. Mater. Chem. A, 2020, 8, 16738）

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-36685-9

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（责任编辑：xu）

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