納米水凝膠抗污染油水分離膜材料研究獲進展

　　在工業生產和人們的日常生活中會產生大量的含油污水。目前，含油污水的處理一直是一個世界性難題，特別是復雜環境下乳化含油污水的處理。利用膜分離技術來實現油水分離被認為是最有效的分離手段之一，特別是針對乳化的油水體系。然而，傳統的膜分離材料在油水分離過程中會遭受嚴重的污染，導致分離通量以及油水分離效率的急劇下降，嚴重阻礙了膜分離技術在油水分離領域中的發展和應用。因此，開發新型的分離膜材料，解決分離膜材料的污染問題，是實現油水的高效、快速以及穩定分離的關鍵所在。

　　近期，為了解決膜分離材料的抗污染問題，中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所研究員靳健課題組在前期工作的基礎上，設計和制備了一種磺基甜菜堿型兩親離子性納米水凝膠接枝改性的PVDF多孔膜（ZNG-g-PVDF）（如圖1所示）。這一兩親離子性納米水凝膠的尺寸~50nm，這一納米級尺寸有助于納米水凝膠的快速浸潤和吸水，從而賦予了PVDF多孔膜超親水的性質。由于兩親離子性納米水凝膠同時具有水凝膠的高保水性能以及兩親離子性聚電解質的強水合能力，能夠在PVDF多孔膜的表面構筑出牢固的水合層以及近中性的表面。這一超親水的近中性表面賦予了PVDF多孔膜在水下對原油近乎零粘附的效果（如圖2所示）。此外，磺基甜菜堿型兩親離子性納米水凝膠具有優異的抗鹽性以及耐酸堿性能，保證了兩親離子性納米水凝膠接枝改性的PVDF多孔膜在不同種類的鹽溶液中以及寬泛的pH范圍內均能夠保持超親水特性以及水下超低油粘附效果。為了進一步考察這一分離膜材料的抗污染性能，研究人員通過模擬現實的乳化油水，利用這一兩親離子性納米水凝膠接枝改性的PVDF多孔膜來分離含有表面活性劑、蛋白質以及生物有機質（NOM）的油水乳液并監測其多次循環過程中通量的變化情況。實驗結果表明（如圖3所示），這一兩親離子性納米水凝膠接枝改性的PVDF多孔膜具有優異的綜合性抗污染能力，循環過程中通量的恢復率幾乎高達100%。這一工作所使用的親水改性策略相對溫和、簡單，為制備高效油水分離膜材料提供了新的視角。

　　以上工作發表在《先進功能材料》(Adv. Funct. Mater, 2018,1804121)雜志上。論文第一作者為副研究員朱玉長，靳健為該論文的通訊作者。該工作得到國家杰出青年科學基金（51625306）、國家自然科學基金重點項目（21433021）和青年科學基金（51603229）等的經費支持。