【仪表网 研发快讯】在油水分离领域，超浸润膜材料虽已实现广泛应用，但其在复杂工况下仍面临两大技术瓶颈：一是膜表面易受污染导致渗透通量衰减，二是传统单一浸润特性的除油/除水型材料难以满足复杂体系下精准调控、高效分离及长期稳定运行的需求。因此，开发先进的智能响应油水分离材料已成为油污清洁、复杂体系高效分离等领域的研究重点。
近期，中国科学院新疆理化技术研究所分离材料与技术团队通过引入刺激响应聚合物，利用静电纺丝技术构筑了多种智能响应油水分离材料。将温度响应型聚N-异丙基丙烯酰胺、pH温度响应型聚甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯与聚丙烯腈共混进行静电纺丝，获得具有温度和pH双重响应特性的纤维分离膜。其在pH = 2.0或T = 50 ℃时展现出超亲水性，而在pH = 7.0或T = 25 ℃时表现出疏水性。该分离膜能够有效分离各类油水混合物和水包油乳液，对非混相油水混合物和表面活性剂稳定乳状液的分离效率分别超过99.5%和96.8%。值得注意的是，经酸性热水(pH=2.0，T=50 ℃)清洗后，通量恢复率高于98.9%，有效解决了传统膜材料的污染失效问题。相关研究以"Temperature and pH-responsive electrospun membrane with high flux recovery for emulsion separation"为题发表在中国科学院二区期刊《分离纯化技术》(Separation and Purification Technology)上。(原文链接)
图1. 温度和pH双响应膜抗污染机理示意图
此外，研究人员进一步通过顺序静电纺丝技术制备了一种由pH响应聚合物和疏水性聚合物组成的pH响应型Janus分离膜。该Janus膜的顶层在酸性条件(pH≤2)下发生亲疏转换，而底层则保持持久疏水性。这种独特的非对称润湿性可实现pH调控的定向传输，对酸性溶液具有选择性液体门控功能，并对多种油水体系(包括不混溶液体、水包油乳液和油包水乳液)均实现了>99.0%的优异分离效率。通过单向液体输送的能力，该Janus膜可在无需外部能源条件下实现了油-水混合物中水或油的反重力收集。Janus膜的仿生设计与多功能集成特性为其在先进油水分离、按需液体传输和微流体器件中的应用提供了可行性。相关研究以"Preparation of pH-responsive Janus membrane for unidirectional water transportation and efficient oil-water separation "为题发表在中国科学院一区期刊《膜科学杂志》(Journal of Membrane Science)上。博士研究生窦永乐基于该研究内容，在中国化学会第21届反应性高分子学术研讨会上所作的报告《定向疏水与高效油水分离用pH驱动Janus膜静电纺丝膜》荣获优秀报告奖。(原文链接)
图2. pH驱动Janus膜的制备和应用示意图
以上工作得到了新疆维吾尔自治区自然科学基金、新疆天池英才人才计划及新疆重点研发计划等项目的资助。
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