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长安大学颜录科教授团队:基于碳纳米管截留效应在油水分离功能膜方面的研究进展
2021-03-08  来源:科技

  受污染的油性废水中不仅含有不溶的油污,而且还包含各种有机污染物。如何同时处理废水中的油污及有机污染物,是目前污水治理的热点和难点之一。长安大学绿塑创新团队颜录科教授和中必威app体育科学院宁波材料所智能团队陈涛研究员合作,以表面接枝聚丙烯酸(PAA)的碳纳米管(CNTs)负载具有特殊催化性的粒子,通过真空抽滤制备多功能油水分离膜,在含油污水和染料污水双功能水净化方面取得新进展。


  研究人员通过自由基聚合和真空抽滤方法,制得兼具分离水包油型乳液和降解亚甲基蓝(MB)的“除水型”分离膜(图1)。作者以商用PVDF膜为基底膜,PAA接枝使CNTs分离膜具有超亲水/水下超疏油的浸润性质,MIL101(Fe)@Pt作为催化性粒子,被截留在CNTs-PAA膜表面,使膜在动态含油污水净化过程中能有效降解水溶性染料。该复合膜可以快速分离多种表面活性剂稳定的水包油型乳液(包括水包己烷乳液,水包二氯甲烷乳液,水包硅油乳液和水包氯仿乳液)同时降解MB,尤其是同时分离水包己烷乳液和降解MB的通量高达11,000 Lm-2h-1bar-1,远高于多数多功能油水分离膜。油水分离效率可达98.8%,MB降解效率可达98.5%。此外,该复合薄膜具有制备简便,环境友好,耐弯曲,抗腐蚀和分离稳定等特性。5次重复实验后,分离通量和效率没有明显降低(图2)。相关研究工作以“Multifunctional CNTs-PAA/MIL101(Fe)@Pt composite membrane for high-throughput oily wastewater remediation”为题,发表在Journal of Hazardous Materials 期刊上。


图1 CNTs-PAA/MIL101(Fe)@Pt复合膜制备及其用于油水分离和染料降解的示意图


图2 CNTs-PAA/MIL101(Fe)@Pt复合膜同时分离水包油型乳液和降解MB的性能


  在此研究基础上,将CNTs和硫酸氧钛(TiOSO4)复合,采用水合-脱水方法,在CNTs上原位复合二氧化钛(TiO2),制备“除水除油型”CNTs/TiO2复合膜(图3)。该复合膜具有空气中超亲水超亲油,水下/超疏油和油下/超疏水的特性(图4)。通过表面预浸润处理,该复合膜能够分离不同的油水混合物、水包油型乳液及油包水型乳液,具有高通量、高效率和高稳定等优点。其中,二氯甲烷包水乳液的通量高达40,000 Lm-2h-1bar-1,远超多数油水分离膜,分离效率可达98.9%(图5)。此外,该复合膜重复使用性好,在严苛环境下(1 M腐蚀性溶液中浸泡24 h)具有稳定超疏油和分离性能。


图3 CNTs/TiO2的制备及其复合膜用于油水分离示意图


图4 CNTs/TiO2复合膜的润湿性表征


图5 CNTs/TiO2复合膜分离不同类型油水乳液的性能


  相关研究工作以“CNTs/TiO2 composite membrane with adaptable wettability for on-demand oil/water separation”为题,发表在Journal of Cleaner Production 期刊上。


  长安大学硕士研究生刘超慧为上述系列工作的第一作者。该系列研究工作得到了长安大学中心学院基础科学专项基金、海洋材料及相关技术重点实验室研究基金、中必威app体育科学院前沿科学与教育局、宁波科技局等项目的资助。


  论文链接:

  https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.123547

  https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.124011

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(责任编辑:xu)
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