潤濕性油水分離網(wǎng)膜技術(shù)綜述

摘 要：油水分離網(wǎng)膜利用油和水在不同潤濕性網(wǎng)膜鋪展、滲透程度的不同進行油水分離，是進行污水處理的重要方法之一。本文綜述了近年來親油疏水網(wǎng)膜、親水疏油網(wǎng)膜及刺激響應(yīng)潤濕性轉(zhuǎn)換網(wǎng)膜的技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)及各自優(yōu)缺點。

關(guān)鍵詞：親水疏油；親油疏水；油水分離網(wǎng)

基于潤濕性的油水分離網(wǎng)膜利用其對油和水潤濕性的不同，使得油水混合物與油水分離網(wǎng)膜接觸時，易于潤濕分離網(wǎng)膜的一相在網(wǎng)膜鋪展并滲透，而不能潤濕分離網(wǎng)膜的另一相則被截留在網(wǎng)膜上，從而實現(xiàn)油和水的分離。

基于潤濕性的油水分離網(wǎng)膜最早出現(xiàn)在上世紀(jì)70年代，主要采用本身具有親油疏水性或親水疏油性的纖維材料制到，其對油和水潤濕性的差異不大，因而分離效率不高。直到2000年，隨著人們對固體表面潤濕性的深入研究，發(fā)現(xiàn)可以通過改變固體表面化學(xué)組成和/或在固體表面上構(gòu)筑特殊的表面幾何構(gòu)型使得固體表面具有超親水超疏油性或超親油超疏水性，基于這種特殊潤濕性的分離網(wǎng)膜大大提高了油水分離效率。

根據(jù)油水分離網(wǎng)膜潤濕性的差異，可將其分為親油疏水網(wǎng)膜、親水疏油網(wǎng)膜及刺激響應(yīng)潤濕性轉(zhuǎn)換網(wǎng)膜三大類。下面闡述三類油水分離網(wǎng)膜的發(fā)展脈絡(luò)及優(yōu)缺點。

1 親油疏水油水分離網(wǎng)膜

親油疏水油水分離網(wǎng)膜是三類油水分離網(wǎng)膜中發(fā)展最快的，當(dāng)油水混合物接觸親油疏水網(wǎng)膜時，油滴迅速在網(wǎng)膜表面鋪展并滲透，水因不能潤濕網(wǎng)膜表面，而截留在網(wǎng)膜上無法滲透下去，該種方法常用于油多水少的場合，以從油中除去水。

2000年之前涉及的親油疏水油水分離網(wǎng)膜主要采用本身具有親油疏水特性的纖維制備，或者通過在纖維網(wǎng)上涂覆具有親油疏水特性的涂層。例如，表面修飾有硅烷的二氧化硅或含氟聚合物。所得到的油水分離網(wǎng)膜由于對水和油潤濕性的差異較小，分離效率較低。直到2003年，中國科學(xué)院化學(xué)研究所通過化學(xué)沉積法將納米級低表面能粉末（含氟聚合物）及二氧化鈦納米催化劑固定于網(wǎng)上得超親油超疏水油水網(wǎng)膜，由于油和水在該網(wǎng)膜表面的潤濕性差異較大，大大提高了油水分離效率，而且其表面含有的二氧化鈦納米催化劑可對光油污進行催化分解，進而再生油水分離網(wǎng)膜。隨后，人們開始通過各種方法構(gòu)筑具有特殊潤濕性的油水分離網(wǎng)膜。

固體表面的潤濕性由固體表面化學(xué)組成和表面幾何構(gòu)型決定，在構(gòu)筑具有特殊潤濕性的油水分離網(wǎng)膜時，也一般從這兩個方面進行改進。化學(xué)組成方面，一般通過采用具有特殊性質(zhì)的物質(zhì)作為涂層材料制備油水分離網(wǎng)膜。例如，中國科學(xué)院化學(xué)研究所的和濟南大學(xué)分別采用將環(huán)氧基封端的低聚硅氧烷與雙酚A共聚得到的聚硅氧烷雙酚A共聚物、以含不飽和鍵型苯并噁嗪與雙端氫聚硅氧烷為單體反應(yīng)得到的含氟硅苯并噁嗪共聚物作為涂層材料。表面幾何構(gòu)型方面，一般通過在基底表面構(gòu)筑具有一定粗糙度的表面以改變其潤濕性。例如，華南理工大學(xué)和南昌航空大學(xué)的分別采用納米二氧化硅溶膠以及含氯金酸和氯鉑酸的貴金屬鹽溶液在基底上生長無機層，以構(gòu)筑特殊的表面幾何構(gòu)型得到超親油超疏水網(wǎng)膜。另外，還可通過同時改變化學(xué)組成和表面幾何構(gòu)型以制備具有特殊潤濕性的油水分離網(wǎng)膜，先采用化學(xué)沉積法、刻蝕法等在基底表面構(gòu)筑具有一定粗糙度的表面幾何構(gòu)型，再在其表面修飾低表面能物質(zhì)，得到超親油超疏水網(wǎng)膜。

2 親水疏油油水分離網(wǎng)膜

雖然親油疏水網(wǎng)膜取得了一系列研究進展，但由于網(wǎng)膜潛在的親油性，油滴很容易大量不可逆地吸附在網(wǎng)膜表面上，網(wǎng)膜污染嚴(yán)重，通量衰減快，清洗過程中乳化油易在網(wǎng)膜表面聚結(jié)鋪展，造成膜長期重復(fù)使用性差以及二次污染。而采用相反的思路，制備親水疏油網(wǎng)膜，當(dāng)油水混合物接觸親水疏油網(wǎng)膜時，水滴迅速在網(wǎng)膜表面鋪展并滲透，油因不能潤濕網(wǎng)膜表面，而截留在膜網(wǎng)上無法滲透下去，該種方法常用于水多油少的場合，以從油中除去水。該類油水分離網(wǎng)膜可有效地防止油滴的黏附，油始終無法污染網(wǎng)膜表面，具有抗污染、能耗低、壽命長、效率高等優(yōu)點。[1]

雖然早在1970年就出現(xiàn)了親水疏油的油水分離網(wǎng)膜，但其一直發(fā)展比較緩慢。而且，超親水超疏油網(wǎng)膜也比超親油超疏水網(wǎng)膜晚了將近十年，這主要是由于有機液體的表面能比較低，很難找到比有機液體表面能更低的物質(zhì)，而且疏油表面對粗糙度要求更高，相對疏水表面疏油表面更難以實現(xiàn)。

早期親水疏油網(wǎng)膜也主要利用本身具有親水疏油特性的纖維素纖維或經(jīng)過接枝改性的高分子等制備，或者通過在網(wǎng)膜上涂覆親水疏油涂層制備，由于其對油和水潤濕性的差異較小，分離效率較低。直到2011年中國科學(xué)院化學(xué)研究所提出將聚合物單體、交聯(lián)劑、增稠劑和引發(fā)劑溶于水中得到混合溶液，網(wǎng)浸漬所述溶液后，紫外光引發(fā)聚合包覆水凝膠，得到超親水水下超疏油網(wǎng)膜。此后，采用不同方法制備的超親水超疏油網(wǎng)膜成了該領(lǐng)域的研究熱點，主要涉及化學(xué)沉積、長無機層、靜電紡絲、刻蝕、涂層、有機/無機雜化表面法等。

3 刺激響應(yīng)潤濕性轉(zhuǎn)換油水分離網(wǎng)膜

隨著具有特殊潤濕性的油水分離網(wǎng)膜的研究進展，人們開始關(guān)注刺激響應(yīng)潤濕性轉(zhuǎn)換油水分離網(wǎng)膜。這類網(wǎng)膜可以通過不同因素刺激以改變潤濕性，進而滿足不同的使用環(huán)境或者實現(xiàn)油水分離網(wǎng)膜的再生。

2012年，北京航空航天大學(xué)首次提出刺激響應(yīng)潤濕性轉(zhuǎn)換油水分離網(wǎng)膜，其由具有微米結(jié)構(gòu)的孔狀結(jié)構(gòu)織物網(wǎng)基底材料和與其表面垂直的納米棒陣列結(jié)構(gòu)材料層構(gòu)成，經(jīng)暗態(tài)存儲后可獲得超疏水性，經(jīng)紫外光照時可獲得超親水性，為推動光控制油類與水分離開發(fā)與應(yīng)用提供了理論指導(dǎo)和技術(shù)支持。隨后，華南理工大學(xué)、清華大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、吉林大學(xué)相繼開發(fā)了濕度響應(yīng)超親水超疏油油水分離網(wǎng)膜、鉛離子響應(yīng)性的超親水疏油油水分離網(wǎng)膜、隨溫度變化改變親水或親油特性的膜材料、隨涂層表面為氫終止或氧終止不同體現(xiàn)潤濕性的網(wǎng)膜。

本文闡述了親油疏水網(wǎng)膜、親水疏油網(wǎng)膜及刺激響應(yīng)潤濕性轉(zhuǎn)換網(wǎng)膜三類油水分離網(wǎng)膜的發(fā)展脈絡(luò)及優(yōu)缺點。可以看出具有特殊潤濕性的油水分離網(wǎng)膜，由于分離效率較高成為近幾年的研究熱點。另外，具有刺激相應(yīng)性潤濕性轉(zhuǎn)換的油水分離網(wǎng)膜，由于滿足不同的使用環(huán)境或者實現(xiàn)油水分離網(wǎng)膜的再生，也成為近幾年的研究熱點。

參考文獻：

[1]袁滕，等.基于超親水超疏油原理的網(wǎng)膜及其在油水分離網(wǎng)膜中的應(yīng)用[J].化工學(xué)報，2014，65（6），6.

作者簡介：楊穎（1987），女，云南玉溪人，專利審查員，研究方向：化工分離領(lǐng)域。