寧波材料所研發出多功能油水分離材料

　　海上原油泄漏以及在石化、機械、皮革、紡織等工業生產過程中產生大量的含油廢水，使得油類通過各種途徑進入水體。為了保護生態平衡和人類健康，保護有限的水資源，有必要對含油污水進行有效分離。具有特殊表面潤濕性的復合材料可以簡便有效實現油水分離功能，但目前大部分這類材料只能對油水混合物進行分離，不能對油水乳液、尤其是表面活性劑穩定的油水乳液進行有效分離。另外，油污水中也常常含有有機污染物或有害細菌等微生物，油水分離后的水質不能直接排入水體系統，目前還缺少有效手段凈化分離后的油污水質。因而，構建新型油水分離材料，進而有效分離油污水，同時實現對水質的凈化對保護生態具有重要的意義。

　　中國科學院寧波材料技術與工程研究所高分子事業部研究員陳濤帶領的智能高分子材料團隊長期致力于二維高分子納米復合油水分離材料的研究，通過表面接枝高分子刷和多級組裝技術，獲得多種新型復合材料，可實現高效分離油水乳液和凈化水質。科研人員采用多孔陶瓷作為襯底，抽濾納米碳管（CNTs）成膜，采用自引發的光接枝光聚合(self-initiated photografting and photopolymerization，SIPGP)的方法接枝疏水性的高分子聚苯乙烯（PS）到CNTs的表面，進而協同利用CNTs薄膜的高粗糙度表面，獲得超疏水性的二維雜化薄膜材料。該膜可用于微米和納米級油包水乳液的大通量、高效分離（J. Mater. Chem. A, 2014, 2, 15268-15272，圖1上，內封面）。在此基礎上，將得到的超疏水性的PS/CNTs薄膜反轉并轉移到另一個基底上，再次通過SIPGP將親水性的聚甲基丙烯酸二甲胺乙酯（PDMAEMA）單向接枝到CNTs膜的表面，從而得到具有親水/疏水結構的雙面（Janus）復合薄膜（PDMAEMA/CNTs/PS），實現對油包水和水包油乳液進行選擇性分離的效果（ACS Appl. Mater. Interfaces, 2014, 6, 16204，圖1下）。針對現有油水分離材料不耐腐蝕的問題，該團隊在CNTs表面接枝修飾較低表面能的全氟癸基三乙氧基硅烷（PFDTS），從而簡便制備了形貌、流速可控的PFDTS/CNTs薄膜，實現高效、快速的乳化油水分離。該薄膜具有較好的耐酸堿、耐高溫低溫和阻燃性能，為提高油水分離材料的實用性奠定了良好的基礎（J. Mater. Chem. A, 2015, 3, 4124）。

　　為快速有效去除油污水中的有害污染物，該團隊通過表面接枝分子刷和層層組裝技術，獲得一種新型多級復合材料，實現高效分離油水乳液和凈化水質。利用抽濾的方法，使得高密度負載金納米顆粒的聚苯乙烯復合微球（PS@AuNPs）緊密堆積，組裝形成復合微球催化薄膜，進而將親水性碳納米管薄膜沉積在微球薄膜表面，從而獲得一種水下超疏油、具有催化功能的多級復合薄膜（J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 10810，圖2）。分離過程中，油相被上層碳管薄膜阻截，水相則通過微球間彎曲孔道穿過下層復合微球薄膜，從而實現油水分離功能。水相繞流經過微球孔道的同時，水相中模型有機污染物（硝基苯酚和硼氫化鈉混合溶液）與孔道內壁上的高密度金納米顆粒充分接觸，被快速催化分解，實現快速有效催化降解水中有機污染物。這種新型復合薄膜材料，首次同時實現了油水乳液分離和催化分解水溶性有機污染物，處理通量達到3500 L m-2 h-1 bar-1，催化效率最高可達92.6%，并具有良好的力學和催化穩定性，可多次重復使用，并適于連續性操作，為工業化廢水處理提供了一種新的分離技術。當負載銀納米顆粒（Ag NPs）到超親水CNTs分離薄膜中，利用銀納米顆粒的殺菌性能，可在油水分離的同時殺死水質中的有機污染物或細菌（RSC Adv., 2016, 6, 73399-73403），從而同時實現油水分離和快速有效凈化水質。

　　以上工作得到了國家自然科學基金（51303195，21304105）、浙江省杰出青年基金（LR14B040001）、寧波市自然科學基金（2014A610127，2015A610022）、中科院海洋新材料與應用技術重點實驗室開放課題（2016Z01）以及浙江省公益技術應用研究計劃（2015C33031）等項目的資助。