近日，浙江師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院林紅軍教授膜法課題組與中科院北京納米能源與系統(tǒng)研究所王中林院士課題組，和香港大學(xué)湯初陽(yáng)教授合作在Nano Energy期刊上發(fā)表了題為“Three dimension-printed membrane for ultrafast oil/water separation as driven by gravitation（重力驅(qū)動(dòng)下用于超快油水分離的*D打印膜）”的研究論文，浙江師范大學(xué)為第一署名單位。Nano Energy是能源領(lǐng)域的頂級(jí)期刊，為SCI一區(qū)TOP期刊，最新影響因子為1*.06*。研究生韓磊為第一作者，申利國(guó)教授、林紅軍教授，王中林院士為通訊作者。程廷海、溫建明、曾千千（研究生）、徐艷超、李仁杰、張媚佳、洪華嫦、湯初陽(yáng)為吉印通作者。

本研究的圖形摘要。

面對(duì)全球每年高達(dá)數(shù)百萬(wàn)噸的廢油廢水排放，開(kāi)發(fā)具有防污染性能、經(jīng)濟(jì)環(huán)保、分離效率高的油水分離技術(shù)具有重要意義。本文應(yīng)用三維（*D）打印技術(shù)，開(kāi)發(fā)出一種通過(guò)等離子改性而無(wú)需化學(xué)藥品消耗的生態(tài)友好的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）膜。改性膜表現(xiàn)出優(yōu)異的親水性和水下疏油性，水接觸角為*.*°，水下油接觸角為1*7.6°。如圖1所示，僅靠重力驅(qū)動(dòng)，改性膜在五種典型油水體系中表現(xiàn)出1.17×10* L·m-2·h-1的超高通量和高達(dá)**.60%的分離效率。在四個(gè)月期間的100次循環(huán)測(cè)試中，其分離效率能夠保持在**.40%不變，展示了膜的卓越穩(wěn)定性和可循環(huán)利用性。

圖1. （a）*種不同油水混合液的分離效率；（b）四個(gè)月100次循環(huán)測(cè)試中的分離效率；（c）與文獻(xiàn)報(bào)道的分離效率及水通量的對(duì)比

值得注意的是，該研究首次引入液體和固體（L-S）界面在接觸電化（CE）過(guò)程中的電子轉(zhuǎn)移現(xiàn)象來(lái)解釋膜分離過(guò)程。如圖2所示，根據(jù)楊-拉普拉斯方程，原膜是一種親油和疏水膜，這意味著其接觸角θ*0°，Δp0。在這種情況下，Δp力的方向是向下的。相比之下，改性膜是一種親水和疏油膜，其接觸角θ*0°，Δp0。Δp力的方向是向上的。因此，在Δp的作用下，油滴可以通過(guò)一個(gè)FΔp的力被拉/推移。CE現(xiàn)象表明，在液-固界面存在電子轉(zhuǎn)移。在CE過(guò)程中，水分子接觸膜表面可能導(dǎo)致電子云的重疊，因此膜表面可以從水中獲得電子。此外，由于等離子體改性提供了大量的羧基基團(tuán)，通過(guò)電離使膜更帶負(fù)電性。在靜電吸附力下形成雙電層（EDL），水分子可以牢固地吸附在膜表面形成的水合層。因此，水可以優(yōu)先接觸膜，并以極高的速度穿過(guò)膜孔，導(dǎo)致極高的通量，而油則被水合層截留在膜表面。

圖2.（a）原膜和(b)改性膜的油水分離過(guò)程的油水分離過(guò)程機(jī)理圖；(c)原膜和(d)改性膜油水分離過(guò)程中油滴的受力分析圖

浙師大林紅軍教授膜法課題組主要從事基于膜分離技術(shù)的環(huán)境工程和環(huán)境材料相關(guān)研究，近*年來(lái)已在相關(guān)領(lǐng)域頂刊上發(fā)表了100多篇學(xué)術(shù)論文，取得了一系列重要進(jìn)展。相關(guān)研究成果得到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、浙江省自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目、浙江省杰出青年基金、浙江省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、浙江省萬(wàn)人科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才項(xiàng)目的資助。

來(lái)源：浙江師范大學(xué)

論文鏈接

021yin.com/science/article/abs/pii/S22112***2*001**X