基于超润湿材料的乳液油水分离研究进展

在表面活性剂的作用下,油水混合物易转变为乳液,从而形成稳定的油水混合系统,给分离带来了困难。结合固体表面微观几何结构和化学组成,制备的超润湿材料为乳液油水分离提供了一个良好的平台。文中首先介绍了超润湿性的基本理论,然后综述了基于超润湿材料的乳液分离研究进展,包括分离油包水乳液的超疏水超亲油材料、处理水包油乳液的超亲水及水下超疏油材料和同时分离两种类型乳液的智能超润湿材料。最后,对该领域存在的一些问题以及未来的发展方向分别进行了总结和展望。     

超亲水/水下超疏油膜功能材料及其研究进展

含油污水,特别是油/水乳液的分离是世界性的挑战。膜分离法由于具有分离效率高、能耗低、易于操作等特点,在油水分离领域具有较大的优势。超亲水/水下超疏油材料是"除水型"特殊润湿性材料,与超疏水-超亲油网膜相比,超亲水/水下超疏油膜在对抗有机污染和生物污染方面更具优势。超亲水/水下超疏油膜在处理含油污水过程中面临的主要问题有化学稳定性及膜污染。膜污染会导致分离效率及过滤通量下降等问题,缩短膜的使用寿命。因此,解决滤膜污染问题对污水处理至关重要。目前超亲水/水下超疏油材料改性的重点主要有三方面:提高过滤通量、抗污能力及设计合适的孔径。许多研究人员通过对疏水性基材(聚合物膜、金属筛网)进行改性以增强膜的亲水性和抗污性能,并取得了丰硕的成果。目前,聚合物膜改性方法主要分为基体改性和表面改性两种。基体改性即通过接枝共聚或共混等方法对膜进行亲水改性,然后将改性后的膜材料用于膜制备。表面改性是指对商业滤膜表面接枝极性单体或亲水单体。金属筛网常用的改性方法有化学刻蚀、表面涂覆、电化学沉积等。通过改变膜表面的化学组成和粗糙度调控滤膜的超润湿性能,从而提高膜的亲水性、分离效率和抗污性能。为了响应处理工业溢油及保护环境的要求,迫切需要开发具有高分离效率、高选择性和高稳定性的新型分离材料和技术,以应对日趋复杂的油水分离环境。本文以分离油水混合物及油水乳液的滤膜材料作为研究体系,首先介绍了超亲水/水下超疏油表面的理论基础及其构筑机理,然后从不同基材的角度介绍了油水分离功能材料的制备工艺及改性方法。本文全面综述了超亲水/水下超疏油金属网膜、聚合物膜材料和基于纳米材料的新型功能分离膜的研究进展,从润湿性、过滤通量、分离效率、抗污性能等方面综合评估了油水分离功能膜的性能,最后总结和展望了油水功能分离膜未来的发展趋势。     

具有可逆润湿性Bi2O3涂层在抗菌和油水分离中的应用

具有特殊润湿性材料的应用是近年来研究的热点.疏水改性的Bi2O3涂层在紫外-可见光光照和暗室存储的条件下可以实现超疏水-超亲水的可逆转换,本工作研究了在不同润湿性条件下Bi2O3涂层在抗菌和油水分离中的应用.结果表明,超疏水表面对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有良好的抗细菌黏附作用,而超亲水表面则表现出选择性的抗菌活性.在油水分离方面,超疏水表面可以阻隔水,使油通过滤网,分离效率达93％以上,而超亲水表面在预润湿处理后可以阻隔油,使水通过滤网.因而具有可逆润湿性Bi2O3涂层可作为一种智能的抗菌油水分离膜材料,在油水分离领域具有潜在的应用前景.     

特异润湿型油水分离材料的研究进展

近年来,海上石油泄漏事故和各种含油有害污水排放日益频繁,不仅造成了严重的环境污染,同时也危及到人类健康。因此,如何高效分离油水混合物成为当前材料学领域一个亟待解决的问题和研究热点。目前,具有被油或水所选择性润湿的特异浸润性材料已被广泛应用于油水分离,它们具有高效的油水分离效果,应用前景相当广阔。综述了近年来各类新型、高效的特异润湿型油水分离材料的制备方法及其吸油能力、分离效率以及重复使用性能,总结了油水分离材料领域的研究现状及尚待解决的难点,同时也展望了该领域未来研究的热点及发展方向。     

Cu2S@SSM复合膜的制备及其油水分离性能

在含油废水处理中迫切需要具有优良化学稳定性的油水分离材料。为了在酸碱盐等复杂环境中能够有效的分离各种水包油乳液,以不锈钢网(SSM)为基底,采用电化学沉积和溶液反应相结合的方法将硫化亚铜(Cu₂S)修饰到不锈钢网表面,成功的制备了Cu₂S@SSM复合膜。制备的Cu₂S@SSM复合膜具有优异的超亲水/水下超疏油性能。对无表面活性剂和表面活性剂稳定的水包油乳液进行了一系列的油水分离实验,分别获得了高达932和361 L/(m²·h)的渗透通量以及99.78%和99.15%的分离效率。得益于Cu₂S的类光芬顿催化性能,制备的Cu₂S@SSM复合膜在可见光照射下对亚甲基蓝、罗丹明B的降解率高达99%。更重要的是Cu₂S@SSM复合膜在强酸、强碱和高盐环境中表现出优异的化学稳定性。     

超疏水材料制备及其在油水分离中的应用研究进展

仿生界面油水分离材料的研究主要集中在超疏水超亲油材料,其具有高吸油能力和油品回收方便快捷等特性。本文评述了近几年超疏水材料制备及其在油水分离中应用的研究进展。     

层层自组装法制备超疏水/超亲油棉织物及其油水分离性能

被油污染的水资源严重影响人类健康和生态系统.为得到具有优异油水分离性能的材料,利用层层自组装法,在棉织物表面组装纳米银薄层,随后用十二烷基硫醇修饰,制备了具有超疏水/超亲油性能的棉织物.通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、接触角测试仪、分离效率表征超疏水/超亲油棉织物的微观形貌、表面化学组成、润湿性及油水分离性能.改性后的棉织物表面负载致密的纳米银薄层,水在该表面的接触角高达160°,而油的接触角为0°,显示出其良好的超疏水/超亲油性能;纳米银牢固地附着在棉织物的表面,使其表现出良好的抗磨损性、耐腐蚀性.油水分离测试显示,该棉织物对不同类型油品和水混合物的分离效率达88％以上,且具有较好的循环利用性.此外,该棉织物不仅能分离水上轻油、水下沉油,还能分离轻油-水-沉油三相所形成的混合物.     

超亲水-超疏油油水分离材料的研究进展

由于工业的快速发展及远洋石油泄漏事故的频繁发生,含油废水的处理成为当今一大热点问题。因此,迫切需要研究出一种高效、低成本、可重复使用的高性能油水分离材料。近年来,受荷叶自洁性、鱼鳞水下超抗油污、玫瑰花超疏水性等的启发,人们开发了大量的超亲油-超疏水型及超亲水-水下超疏油型油水分离材料,但这些材料还存在以下缺点:(1)由于材料的亲油性,其孔道易被油污堵塞,分离效率会大幅降低;(2)水的密度一般比油大,进行油水分离时,通常需要外加能量。随后,学者通过对材料表面化学成分及表面粗糙结构进行深入研究,开发出一种更先进的超亲水-超疏油材料,其具有隔油透水性,在处理含油废水时呈现出防油污、高通量、高效率、可重复使用的优点;此外,由于其具有亲水性,仅在重力作用下即可完成油水分离,具有重要的实际应用意义。根据表面能原理可知,超疏油表面往往也超疏水,因此要合成超亲水-超疏油材料十分困难。早期研究者认为有以下三种理论可以解释超亲水-超疏油表面形成的原因:(1)超亲水-超疏油表面是由极性液体与非极性液体在表面的润湿性差异实现;(2)水的作用力诱导表面分子重排;(3)油滴较大被表面疏油组分阻挡,水滴较小可穿透疏油层到达亲水区域。这三种理论的提出加快了超亲水-超疏油表面的研究进程,但并未形成系统的理论体系。近年来,研究者发现材料表面能由极性分量与色散分量组成,因此他们提出可以通过控制这两种因素来调控材料表面的润湿性。该系统理论的提出加速了超亲水-超疏油材料的发展,为未来该类材料的发展与设计提供了理论依据。本文首先介绍了超润湿的基础理论、油水分离机理,然后综述了超亲水-超疏油材料制备的四种理论,总结了近几年超亲水-超疏油材料的特点及在油水分离方面的应用。最后针对该领域存在的问题,提出了解决方法并展望了其未来的发展方向。     

用于油水分离的静电纺纳米纤维膜研究进展

近年来,石油泄漏以及工业含油废水的排放对生态环境造成了严重的损害,高效节能的新型油水分离材料已成为研究热点。具有特殊亲液性的静电纺纳米纤维膜是一种可用于油水分离的新型膜材料,它具有较高的比表面积和孔隙率,既可以自发实现油水分离,又能减少能源消耗。主要介绍了超亲水疏油、超疏水亲油、智能切换亲水/亲油以及单向导油纳米纤维膜,及纤维膜的制备方法、亲液性以及油水分离过程和分离效率;并对静电纺油水分离纳米纤维膜所面临的挑战和应用前景进行了展望。     

超疏水超亲油304不锈钢网的制备及其油水分离性能

目前,用于油水分离的材料成本高,制备工艺复杂且效果较差,针对这一现象,选用304不锈钢网作为基体材料,通过氯化铁溶液刻蚀法获得粗糙表面,随后用十七氟癸基三甲氧基硅烷对该表面进行改性,成功制备出具有优异油水分离特性的超疏水超亲油不锈钢滤网,并对其结构及性能进行了测试表征.结果表明:超疏水不锈钢网与水的接触角达到151°,...     

疏水纳米氧化硅稳定水包油乳液机制研究

以矿物油、表面活性剂、疏水纳米SiO₂为原料，采用机械乳化法制备了含纳米SiO₂水包油型乳液。通过响应曲面实验得出SiO₂含量是影响乳液稳定性的主要因素，并在此基础上系统地研究了疏水纳米SiO₂对乳液稳定性及特性的影响。结果表明：当固体颗粒含量达到一定时，才能形成稳定的乳液，其形状与大小随着颗粒含量的增加而发生改变；与传统乳液相比，含固体颗粒乳液具有更好的热稳定性。其次，采用荧光显微镜、界面张力、界面流变等测试手段揭示了疏水颗粒稳定水包油型乳液的相应机制。结果表明：疏水纳米SiO₂吸附于油水界面改变了界面膜强度与结构，并与表活剂产生协同作用降低了油水界面张力，从而使乳液更加稳定。     

高内相乳液法制备P(St-DVB)多孔吸油材料及其在油水分离中的应用

利用超疏水多孔材料的选择吸油性可以很好地处理突发性溢油事故和肆意排放的含油废水.本实验通过高内相乳液法制备了一种可压缩的聚苯乙烯多孔材料,通过SEM、IR对该材料结构进行了表征,并测试了其油-水分离性能.结果显示,在传统小分子乳化剂Span 80的基础上加入牡蛎壳粉(OSP)可以有效阻止液滴的合并,能显著提升乳液的稳定性.在75℃下通过偶氮二异丁腈(AIBN)引发自由基聚合制得了具有多孔结构的海绵材料,材料的密度、孔径和孔隙率可通过水量调节,当水的体积比达到98.22％时,材料呈现出可压缩性.通过接触角测量仪测试了材料的水接触角(WCA)为147.8°,油接触角接近0°,表明材料具有超疏水性和超亲油性.材料对不同油品的饱和吸油倍率在46.7～101.9 g/g,且在30 s内可达到吸油饱和;吸油后的材料可通过离心或挤压实现二次利用,该材料有望在油水分离领域得到广泛应用.     

特殊浸润性纳米纤维膜材料在油水分离中的研究进展

油水混合物经过分离后再处理,不仅可以实现油、水资源的重复利用,还能有效避免由于直接排放所造成的环境污染问题,因此研究用于分离油水混合物的材料对于节约资源和保护环境就显得尤为重要.其中,特殊浸润性纳米纤维膜材料具有超疏水/超亲油或超亲水/超疏油等特性,这使其在油水分离的应用研究中得到广泛关注.基于此,本文对特殊浸润性纳米纤维膜材料在油水分离领域的研究现状和应用进行了综述.介绍了特殊浸润性材料的基础理论和电纺纳米纤维膜的应用,归纳并总结了特殊浸润性纳米纤维膜材料在油水分离领域中的研究进展,最后指出在油水分离过程中,特殊浸润性纳米纤维膜上精细的微观结构很容易受到机械损坏和化学污染,这极大地限制了其在油水分离中的应用,同时对于研究出结构稳定、耐酸碱、并且可大规模生产的高效分离性能的特殊浸润性纳米纤维膜材料进行了展望.     

微波原位合成2D Ni-Fe MOF/硅藻土复合材料及其改性聚乙烯醇水凝胶不锈钢筛网油水分离性能

如何高效处理含油污水的问题,是如今世界科研人员共同关注的问题。聚乙烯醇(PVA)水凝胶作为高含水量及具有三维亲水网络的软材料在油水分离领域引起了广泛的关注。但是,和大多数具有超润湿性质的水凝胶一样,PVA水凝胶类油水分离材料不仅力学性能差,同时也存在化学稳定性差的问题。基于此,通过微波法制备了2D Ni-Fe金属-有机框架材料(MOF)-硅藻土(Dia)纳米材料及其PVA复合水凝胶。同时,不锈钢网经过浸泡2D Ni-Fe MOF-Dia/PVA水凝胶溶液得到2D Ni-Fe MOF-Dia/PVA水凝胶不锈钢筛网,表现出超亲水-水下超疏油性质。利用SEM、XPS分析2D Ni-Fe MOF-Dia及其复合水凝胶的化学组成和表面形貌。研究了2D Ni-Fe MOF-Dia/PVA复合水凝胶的力学性能及2D Ni-Fe MOF-Dia/PVA复合水凝胶不锈钢筛网的油水分离与乳液分离的分离效率及水通量,并对其耐盐性、耐酸耐碱性油水分离性能进行了测试。结果表明:2D Ni-Fe MOF-Dia/PVA复合水凝胶具有优异的力学性能,拉伸与压缩强度分别达到1.49 MPa及0.58 MPa,同时表现出超亲水-水下超疏油性质,2D Ni-Fe MOF-Dia/PVA不锈钢筛网的油水分离与乳液分离效率与通量分别可达99.2%和742.7 L·m?2·h?1。在酸性、碱性、盐性环境下均保持优异的分离效率与通量,并且在5次循环后,依旧保持稳定的分离效率与通量。      

浸润性材料用于含油废水处理的研究进展

材料表面的浸润性对于分离混合物/乳液(如油与水或相反的水与油)极其重要。超浸润材料的发展已经显示出具有从油水乳液中回收水的巨大潜力，同时提供最大的抗污垢性能。在工业生产过程中，石油和天然气工业不断产生大量的废液，这些废液排放在水中导致水体污染，已经严重影响了人类社会的发展。因此，急需一种高效的技术来处理工业生产过程中产生的含油废水。在多种分离技术中，膜基分离技术已用于分离含油废水中的油水混合物/乳液。从亲水性、疏水性和超浸润性3个方面系统阐述了浸润性材料的性质及其在含油废水处理领域的相关应用；总结了浸润性改变在含油废水处理方面的不同作用；最后，指出了浸润性改性的重要性、面临的挑战和未来前景，以为浸润性改性的选择和设计提供必要的指导，并为含油废水处理的应用和发展提供支持。     

超疏水超亲油三聚氰胺海绵的制备及其油水分离性能

利用正十二硫醇和氯化铜反应制备十二烷基硫铜,然后将其配制成乙醇悬浮液;将表面涂覆有聚多巴胺的三聚氰胺海绵浸入上述悬浮液中成功制备出超疏水三聚氰胺海绵,并用它来分离油水混合物.采用扫描电镜观察海绵表面形貌,利用接触角测量仪表征其润湿性能,借助红外分光测油仪测定水中含油量.研究结果表明,三聚氰胺海绵表面形成了凹凸不平的微纳米结构,呈超疏水超亲油状态;测得它对水的静态接触角为152°,而油滴能在1 s内被完全吸收.该样品对油水混合物具有良好的分离能力,分离后水中菜籽油含量从约25 g/L降到15.20 mg/L;对同一大豆油水混合物连续分离五次后其含油量可从36.45 mg/L降低至5.12 mg/L.该超疏水海绵具有良好的吸附油的能力,可吸收约自身质量54～77倍的有机溶剂或油品;在重复使用100次后仍能保持145°的接触角和达自身质量68.6倍的吸油能力;在海水中浸泡36 h后仍保持约147°的接触角和73.4倍的吸油能力.     

种子生长法构筑超疏水-超亲油滤纸及其在油水分离中的应用

近年来,原油和工业有机溶剂的泄漏严重破坏了生物赖以生存的生态环境。为了净化被油污染的水域,寻求一种快速、高效的油水分离材料迫在眉睫。利用原位还原法和种子生长法在滤纸表面自组装一层纳米银颗粒,经十二烷基硫醇接枝改性降低其表面能,成功制备具有耐化学腐蚀、热稳定性好、油水分离特性优异的超疏水-超亲油滤纸。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、接触角测试仪对超疏水-超亲油滤纸进行表征,结果表明水滴在其表面的最大接触角为155°,滚动角小于5°,而油滴能瞬间透过滤纸,对各种油水混合液具有较高的分离能力,油水分离效率高达88%,分离后对收集的油进行红外光谱分析,并没有检测到明显的水峰。超疏水-超亲油滤纸制备过程简易、纳米银和滤纸之间的粘附力强,在油水分离中有较好的应用前景。     

聚苯乙烯/α-磷酸锆多孔材料制备及油水乳液分离研究

疏水亲油性多孔材料具有处理和净化含油废水的能力。本工作通过高内相乳液模板法制备得到聚苯乙烯基多孔三维材料(P(St-E)/α-ZrP)。通过扫描电子显微镜(SEM)、全自动压汞仪等对材料的微观结构进行表征，并对其油水分离性能进行测试分析。结果表明，层状纳米粒子α-ZrP能够稳定存在于油包水乳液的分散相中，单体聚合完成后α-ZrP均匀镶嵌在多孔材料骨架上构成粗糙界面。α-ZrP用量为单体质量的5%时，制得的多孔材料具有最佳力学性能和疏水性能，该材料对三氯甲烷的吸附倍率高达54.2。P(St-E)/α-ZrP多孔材料在尺寸筛分效应和α-ZrP电负性协同作用下能够高效分离非离子型和阳离子型油水乳液。实验制备的多孔材料有望用于含乳化油污水的净化处理，在含油废水处理中有潜在的发展前景。     

电导法对CTAB／正丁醇／环己烷／水四组分微乳体系的研究

利用电导率（K）-增溶水量（ml）关系曲线研究了CTAB／正丁醇／环己烷／水四组分微乳体系在不同增溶水量时的3种结构，即油包水（W／O）、油水双连续（BC）、水包油（O／W）。讨论了表面活性剂CTAB与助表面活性剂正丁醇不同浓度时对微乳液稳定性的影响，得出了微乳液稳定时CTAB和正丁醇的合适配比。     

电导法对CTAB/正丁醇/环己烷/水四组分微乳体系的研究

利用电导率(K)-增溶水量(ml)关系曲线研究了CTAB/正丁醇/环己烷/水四组分微乳体系在不同增溶水量时的3种结构,即油包水(W/O)、油水双连续(B.C.)、水包油(O/W).讨论了表面活性剂CTAB与助表面活性剂正丁醇不同浓度时对微乳液稳定性的影响,得出了微乳液稳定时CTAB和正丁醇的合适配比.