分離油和水

油與水之間的不相溶就像一部傳奇著作，但是一旦它們被強行混合到一起，便很難分離開了。現(xiàn)在科學家們開發(fā)出一種特殊的過濾器，它能夠?qū)烧哌M行完美的分離。這種過濾器可使得水順利通過，同時將油留下來。

這種過濾器在清理油污或者在廢水處理方面或許存在廣泛的應用前景。

研究人員于8月28日出版的《自然通訊（Nature Communications）》網(wǎng)絡版上在線發(fā)表了他們的研究成果，他們將新型過濾器安裝到一個簡單的裝置上，成功地將多于99，99％的油從一種油水混合溶液中分離了出來。

油與水各自粘在一起，它們停留在相對的空間里，看起來就像是分子級的雞尾酒。但是如果加入一種被稱為“表面活性劑”的化學制品，那么你就會得到一種結(jié)合型潤滑劑，它可強行令水與油混合在一起。一旦這種混合發(fā)生，它們將很難分離。

一種將它們分離的方法是采用濾過膜，這種膜上涂有厭水分子層，它能使油而非水通過。“想想特氟龍（teflon）不粘鍋”，原材料科學家也是此項研究工作的領(lǐng)導者阿尼什·圖特嘉（Anish Tuteja）說道。油可以在這種表面平滑移動，而水則會形成水珠狀。但是這種過濾器需要能量來強制材料通過它們，并且經(jīng)過數(shù)小時之后，它們經(jīng)常會發(fā)生堵塞現(xiàn)象。同時，水的密度更大，因此它會位于這種過濾器之上，這會使得油更難通過。

新型膜恰好與特氟龍相反，可以允許水而非油通過，并且它只需要重力便可以工作了。

“這是項很好的工作”，來自于匹茲堡大學的化學工程師高迪（Di Gao）說道。“制造厭水但親油的表面并不太難，但是相反的過程就不容易了。”

為了開發(fā)新型膜材料，Tuteja與他的同事們以過濾器平臺為開端——這可以是金屬絲網(wǎng)篩、濾紙或者是一種聚酯材料。之后研究人員將這種篩制物浸入含有兩種化合物（POSS及PEGDA）的混合物中。這種膜經(jīng)過1分鐘左右的紫外線固化，它會變硬并且達到應用狀態(tài)。

當一種水油混合溶液被注入到這種過濾器時，PEGDA會吸引水分子并且試圖與之結(jié)合，它導致此種過濾器在分子層面發(fā)生扭曲，從而拉動水通過。因為密度小于水，油則會停留在過濾器表面。

“這是一個非常違反直覺的過濾器。”Tuteja表示道。

Tuteja和他的同事們將這種新型過濾器裝入到一個簡單的裝置中來完成油水分離。當混合液被注入到容器時，水會通過POSS-PEGDA過濾器流入到容器底部。第二步，傳統(tǒng)的過濾器可令水上方的油轉(zhuǎn)移至不同的容器中。這個裝置工作得非常完美，比如，它可以將菜籽油與水分離出來，也可將十六烷（hexadecane：柴油的主要成分，無色液體，不溶于水）與水分離。這種新型裝置不再需要真空環(huán)境以及復雜的設備使用壓力及能量強制混合物通過，它只利用重力便可完成任務。

“這項研究非常卓越，新型過濾膜的功能很強大。”來自于麻省理工學院的海洋工程師杰羅姆-米爾格萊姆（Jerome Milgram）說道。此種裝置可否應用于大面積區(qū)域還尚待分曉，他補充道。舉例而言，對于海洋的石油污染，幾萬加侖的石油或許需要成千上萬小時才可得到過濾，這種工作強度是很大的。