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PVDF油水分离膜材料方面取得系列进展

发布时间:2018-04-27来源:宁波材料蓝冠在线欧亿集与工程研究所点击量:3263
随着我国经济的快速发展,大量的含油污水被排放,同时海洋原油泄漏事件频发,对生态环境和人类的健康造成了严重威胁。传统油水分离方法主要包括气浮法、离心分离法、吸附和燃烧等,但均存在效率低、成本高、应用范围窄等缺点。超浸润分离膜由于具有结构可控性好、分离效率高和分离精度高的优点,目前成为油水分离领域的研究热点。近期,中国科学院宁波材料蓝冠在线欧亿集与工程研究所研究员刘富团队(先进功能膜)在高性能聚偏氟乙烯(PVDF)油水分离膜方向取得了一系列新成果。

  1)PVDF瞬时催化及油水分离膜。针对复杂体系的油水分离问题,以机械性能和热稳定性能优异的聚偏氟乙烯(PVDF)为基膜,制备得到具有微纳米多级组装结构的PVDF-AuNPs微反应器分离膜。首先利用聚多巴胺作为膜表面“功能涂层”,对PVDF基膜进行初步修饰,然后将AuNPs微球通过动态过滤的方法负载到PVDF的指状孔内,形成微反应器。所得膜能够对含有硝基苯酚的水包油复杂体系,实现瞬时的硝基苯酚催化降解和油水分离。该方法对于将油水分离膜应用于实际含油废水处理,起到了重要的推动作用。相关工作已经发表于Chemical Engineering Journal, 2018, 334,579,副研究员王建强和吴紫阳为共同第一作者,刘富为通讯作者。

  2)具有超稳定刚性浸润表面的柔性PVDF油水分离膜。针对通常聚合物微孔膜的表面微纳结构不稳定、在化学腐蚀及物理损伤下易蠕变及衰减的问题,通过仿生植物根系固定土壤模型,利用微孔PVDF膜表面的微纳结构限域固定TiO2纳米粒子,制备了具有刚性界面TiO2界面的柔性PVDF微孔膜。所得膜具有优异的稳定性,能够抵抗极端物理损伤(液压、手指擦拭、液氮淬火后砂纸磨擦)、高温和苛刻的化学腐蚀(强酸、强碱、强氧化剂次氯酸钠),并且能够连续有效分离含有表面活性剂的油包水乳液。在错流模式下,通过负载超亲水纳米TiO2粒子制备的PVDF膜,可实现水包油乳液的连续分离(通量达1700L·m-2·h-1
,分离效率>96%)(如图3)。 相关工作已经发表于Scientific Reports, 2017, 7: 14099,副研究员熊竹和林海波为共同第一作者,刘富为通讯作者,文章发表后受到了同行的广泛关注,该论文是2017年Scientific Reports期刊阅读量最多的前100篇文章之一。


  图1 PVDF指状催化反应器的制备过程



  图2 PVDF膜油水分离及催化性能



  图3 超浸润刚性界面PVDF膜的制备过程


  3)超大通量静电纺丝PVDF油水分离膜。除了油水废液的复杂性和膜界面稳定性的制约,油水分离膜往往也受限于膜的低通量和易污染性。针对该问题,团队采用静电纺丝蓝冠在线欧亿集,通过将静电纺丝和静电喷涂相结合,制备得到了具有超高通量的PVDF纳米纤维油水分离膜,具有独特的微米级纤维及纳米级微球复合的结构。将该膜应用于高粘度的十甲基环五硅氧烷包水体系时,渗透系数高达88166±652 L·m-2·h-1·bar-1

(分离效率>99%),远高于已报道数据。该方法制备过程简单,无需复杂的表面改性过程,是一种适宜工业化生产的新方法。相关工作已经发表于Journal of Materials Chemistry A, 2018, 6, 7014-7020。浙江理工大学博士吴金丹和硕士生丁雅杰是论文的共同第一作者,王建强、浙江理工大学教授王际平和刘富为该工作的共同通讯作者。

  上述系列研究工作受到了国家重点研发计划(2017YFB0309600)、国家自然科学基金(5161101025、51475449、51703233)、中科院青促会(2014258)和宁波市创新团队(2014B81004)等项目的资助支持。

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