近日,實(shí)驗(yàn)室馬軍院士團(tuán)隊(duì)通過(guò)靜電紡絲技術(shù)獲得可生物降解的超親水納米纖維油水分離膜,突破了傳統(tǒng)聚合物分離膜廢棄后二次污染的瓶頸.相關(guān)論文以《用于超快油水分離的可生物降解靜電紡絲超親水納米纖維膜》(Biodegradable Electrospinning Superhydrophilic Nanofiber Membranes for Ultrafast Oil-water Separation)為題發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》(Science Advances)期刊上.

海上原油泄漏和工業(yè)含油廢液排放對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和人類(lèi)健康構(gòu)成重大威脅,并嚴(yán)重破壞全球水-食物-能源鏈條.基于超親水膜的分離技術(shù)是實(shí)現(xiàn)油水分離的有效措施,且已廣泛應(yīng)用于含油廢水的處理工藝.其分離原理主要依靠材料具有超親水性,水可以順利通過(guò)材料內(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu),在材料表面形成水化層,防止油通過(guò).微孔和高比表面積所產(chǎn)生的毛細(xì)力可以產(chǎn)生破乳作用,有利于乳液與水分離.然而,現(xiàn)有的油水分離膜雖然能夠?qū)崿F(xiàn)含油廢水的有效凈化,但超親水膜材料大多來(lái)源于化石資源,膜廢料常被掩埋或焚燒,產(chǎn)生二次污染,不利于生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展.

針對(duì)此難題,該團(tuán)隊(duì)提出一種可按需生物降解的超親水膜靜電紡絲策略,制備出環(huán)境友好的超親水聚乳酸納米纖維膜,對(duì)含有表面活性劑的水包油乳液有著優(yōu)異的分離性能.該膜對(duì)水包正辛烷乳液呈現(xiàn)出2.1×104L(m2·h·bar)滲透通量,分離效率高于99.6%,將聚乳酸生物降解為乳酸的速率提高30%以上.該項(xiàng)策略使聚乳酸和聚氧化乙烯水凝膠形成交聯(lián)結(jié)構(gòu),通過(guò)控制靜電紡絲參數(shù)并設(shè)計(jì)非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu),得到了高滲透通量、高分離效率且可生物降解的超親水聚乳酸納米纖維膜.同時(shí),聚氧化乙烯水凝膠的引入使膜表面與水分子之間形成的氫鍵數(shù)量增加了357.6 %,促進(jìn)了聚乳酸疏水膜轉(zhuǎn)化為超親水膜,防止了膜污染并加速了乳化液通過(guò)膜的滲透.該種膜在使用條件下性能穩(wěn)定,在蛋白酶K處理下1周內(nèi)可實(shí)現(xiàn)生物降解.該研究中所提出的新策略為聚合物油水分離膜的制備提供新思路,具有廣闊的應(yīng)用前景.

哈工大為該論文唯一通訊單位.實(shí)驗(yàn)室程喜全特聘教授為論文第一作者,實(shí)驗(yàn)室馬軍院士、邵路教授和程喜全特聘教授為論文共同通訊作者.哈工大威海校區(qū)學(xué)生李童語(yǔ)、焦陽(yáng)也參與了相關(guān)研究工作.

該研究工作獲得國(guó)家自然科學(xué)基金、黑龍江省杰出青年科學(xué)基金、黑龍江省頭雁團(tuán)隊(duì)原創(chuàng)探索基金、城市水資源與水環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等資助.