近期，中國科學院新疆理化技術研究所分離材料與技術團隊研制出具有納米-微米多層級結構的纖維基分離膜材料，并提出靜電/氫鍵輔助聚集誘導破乳分離機理。相關研究成果日前發表于美國化學學會《應用高分子材料》。
據了解，油水乳化液是由兩種或兩種以上互不相溶的液體在表面活性劑分散作用下形成的混合物。由于分散液滴尺寸小、穩定性高，乳化液高效分離已成為油水分離領域的難點。
因此，開發新型乳化液分離材料并研究材料介入條件下乳化液滴穩定性，一直受到科研人員的廣泛關注。盡管已報道的大部分材料可以實現對單一特定乳化液的分離，但材料表面荷電情況對乳化液滴的穩定性還有待深入研究。
分離材料與技術團隊的研究顯示，該纖維基分離膜在改性前后表面潤濕性基本保持一致，均具有表面超親水、水下超疏油特性，但改性后的分離膜表面帶正電荷，對非離子、陰離子和兩性離子表面活性劑穩定的水包油乳化液均能實現有效分離，最高分離效率達到95.4%；但對于陽離子表面活性劑穩定的乳化液分離效率僅為31.8%。
基于上述實驗結果，研究人員提出靜電/氫鍵輔助聚集誘導破乳分離機理：富含胺基且帶電荷的纖維材料可通過靜電或氫鍵作用吸附表面活性劑分子，從而破壞乳化液的穩定性，使得小油滴聚集成為大油滴并在水面漂浮，實現對SDS、BS-12和Tween 80等表面活性劑穩定的乳化液分離；由于纖維和十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）穩定的乳化液滴都帶有正電荷，而二者之間的靜電斥力難以破壞該類表面活性劑分子在油水界面的聚集狀態，因此對其穩定的乳化液無法實現有效破乳。該機理已在某石化企業乳化含油污水資源化利用領域獲得驗證，并應用于日處理500立方米油水混合物的工程化裝置。
相關論文信息：https://doi.org/10.1021/acsapm.3c00928
靜電/氫鍵輔助聚集誘導破乳油水分離示意圖 新疆理化所供圖
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