据预测,2025年世界三分之二的人口将无法获得足够的清洁水。与包括离心和化学混凝的传统纯化方法相比,膜分离已被提议为低成本,节能的替代方法。分离油和水的技术的发展对于处理各种行业产生的溢油和水污染至关重要。因此,开发过滤油性乳剂从而增加可用净水量的技术是关键。


神户大学开发新型超薄膜 实现高效油水分离可用于工业处理-贤集网


图1


油水分离技术被广泛研究得到很大的发展,但大多数膜都存在结垢问题,油滴无法逆转地吸附到表面上。这导致膜孔堵塞,随后降低其寿命和效率。


神户大学膜与膜技术研究中心Matsuyama Hideto教授和Yoshioka Tomohisa教授领导的研究人员成功开发了一种超薄膜,这种超薄膜具有耐污垢的二氧化硅表面处理能力,可实现油与水的高效分离。此外超薄膜被证明是通用的。它能够将水与多种不同的油性物质分离,研究结果于2019年10月3日在线发表在材料化学杂志A上。


减轻结垢问题的一种方法是在膜上增加表面处理。但用这种方法进行的许多实验都遇到了问题,例如原始表面结构的变化以及强酸,强碱和强盐溶液使处理过的表面层变质。这些问题限制了过滤膜在恶劣的废水处理过程中的实际应用。


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图2:膜渗透之前(左)和渗透后(右)的各种油性乳液。来源:神户大学


研究人员成功地开发了一种由多孔聚酮(PK)载体组成的膜,该膜的顶表面涂覆了10纳米厚的二氧化硅层(图1)。使用静电吸引将该二氧化硅层形成在PK纤维上-带负电的二氧化硅被吸引到带正电的PK上。


PK膜具有大孔和高孔隙率,因此具有很高的水渗透性。硅化过程(在PK纤维上添加二氧化硅)提供了坚固的拒油涂层,可保护表面改性膜免受污染。


膜的另一个优点是不需要很大的压力即可实现高透水性。即使用低至10cm(约0.01atm的压力)的水位也表现出了重力渗透性。此外,显影的膜能够排除99.9%的油滴,包括10纳米大小的油滴。通过使用面积为1 m 2的膜,可在1个大气压的压力下在一小时内处理6000升废水。它也被证明可以有效地从各种不同的油性乳液中分离出水(图2)。


如上所述,硅化作用提供了坚固的拒油涂层。通过在膜上进行测试以测试其抗结垢的耐久性,发现油不会被吸附到表面上,并且油滴很容易清除(图3)。该膜对各种酸性,碱性,溶剂和盐溶液均显示出极大的耐受性。


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图3:制备的膜的表面动态粘附力和自清洁测试。来源:神户大学


神户大学研究小组开发的超薄膜已证明,除具有抗污性外,还可以有效地从油性乳液中分离出水。在与水污染和清洁水短缺的斗争中,分离乳液的技术是必不可少的。希望这一进展可以用于工业废水的处理。


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