Adv. Funct. Mater.：以食鹽顆粒為模板制備多孔PVDF-MWCNT復合油水分離海綿

【引言】

溢油事故的頻繁發生和工業廢水的大量排放形成了大量的油水混合物，進而引發嚴重的環境污染及經濟損失。因此，研究人員開發出了各種功能材料用于油水分離。具有特殊浸潤性的功能材料，如超親水/超疏油或超疏水/超親油材料，可以對油/水形成選擇性排斥/吸附，進而實現油水混合物的高效分離，因此受到研究人員的廣泛關注。PVDF（聚偏氟乙烯）作為疏水性高分子材料具有優異的熱穩定性、機械穩定性、化學穩定性和生物相容性，因此被廣泛用于制備具有特殊浸潤性的分離膜。由于PVDF較難溶解，因此傳統的制備方法（如相分離法和靜電紡絲法等）均需使用有毒的有機溶劑，對操作人員和環境均有安全隱患。因此，開發一種PVDF基油水分離材料的綠色制備方法顯得十分重要。

【成果簡介】

日前，大連理工大學劉新副教授、倫敦大學學院Ivan P Parkin教授（共同通訊作者）和大連理工大學博士生陳發澤（第一作者）等人在Advanced Functional Materials上以題為“Table Salt as a Template to Prepare Reusable Porous PVDF–MWCNT Foam for Separation of Immiscible Oils/Organic Solvents and Corrosive Aqueous Solutions”發表了油水混合物分離材料的最新研究成果。文章以食鹽顆粒為模板制備了一種多孔PVDF-MWCNT（多壁碳納米管）復合海綿，整個制備過程無需任何有機溶劑。該復合海綿具有超疏水/超親油特性及良好的彈性，對各種油類具有優異的吸附能力，并可以通過擠壓、加熱或溶劑清洗的方式實現循環使用，因此在油水混合物選擇性分離方面具有一定應用價值。其次，該海綿具有極佳的耐紫外和耐酸堿鹽性能，在這些復雜環境中仍能保持優異的油水分離能力，結合減壓抽濾的方式，可實現大面積水面浮油的高效收集。

【圖文導讀】

圖1. PVDF-MWCNT復合海綿的制備及性能表征

a-b) 多孔PVDF-MWCNT復合海綿的制備過程示意圖與實物圖

c-d) 復合海綿的微觀結構，MWCNT在PVDF基體材料上形成微納米粗糙結構

e) 水滴和甲苯液滴在海綿上的不同接觸行為，表明海綿具有超疏水/超親油的特性

f) 將復合海綿置于水下時會形成明顯的鏡面反射

g) 水滴滴落在復合海綿表面時會迅速彈開，且表面無水滴殘留

h) 復合海綿的壓縮回彈試驗

圖2. PVDF-MWCNT復合海綿從油水混合物中選擇性吸附輕油或重油

a) 復合海綿吸附甲苯（輕油，染為藍色）

b) 復合海綿吸附氯仿（重油，染為紅色）

圖3. PVDF-MWCNT復合海綿的可重復使用性測試

a) 通過加熱蒸發的方式循環使用復合海綿吸附甲苯

b) 采用乙醇浸泡+干燥的方式循環使用復合海綿吸附機油

c) 采用擠壓的方式循環使用復合物吸附甲苯

d) 通過擠壓循環的方式清除水面上的甲苯

圖4. 復合海綿耐紫外性能分析及湍流混合物中的油吸附能力檢測

a-c) PVDF-MWCNT復合海綿耐紫外性能分析

d) 復合海綿從劇烈攪拌中的水/甲苯混合物中去除甲苯的數碼照片

圖5. 復合海綿耐酸堿鹽性能測試及連續油水分離能力表征

a) 復合海綿耐酸堿鹽性能分析

b-c) 減壓抽濾輔助實現油水混合物的連續分離

【小結】

基于PVDF和MWCNT的疏水性和化學穩定性，研究工作以食鹽顆粒為模板制備了多孔的超疏水/超親油PVDF-MWCNT復合海綿，制備過程無需使用任何有機溶劑。制備的多孔海綿對不同油類的吸附量高達300-1200wt%，并可以通過擠壓、加熱、溶劑清洗等方式實現復合海綿的循環使用。該海綿在強紫外、強酸堿鹽等復雜環境中具有優異的性能穩定性，結合減壓抽濾可實現水面浮油的連續收集，因此這種復合海綿有望在大面積海上溢油收集、工業廢水凈化等領域得到實際應用。同時，這種多孔復合物的綠色制備方法也有望在其他功能材料的制備中得到借鑒。

文獻鏈接:Table Salt as a Template to Prepare Reusable Porous PVDF–MWCNT Foam for Separation of Immiscible Oils/Organic Solvents and Corrosive Aqueous Solutions. (Advanced Functional Materials, 2017, DOI: 10.1002/adfm.201702926)

【通訊作者簡介】

大連理工大學機械工程學院劉新、宋金龍科研團隊研究領域為特種加工技術與裝備，目前主要從事極端潤濕性表面制備及應用研究、大氣壓等離子體輔助切削及表面改性及表面光整加工等。近年在極端潤濕性表面制備及應用研究領域發表的相關文章如下：

1. ACS Nano, 2017, DOI: 10.1021/acsnano.7b04494
2. J. Mater. Chem. A, 2017, 5: 14542-14550
3. J. Mater. Chem. A, 2015, 3(42): 20999-21008
4. ACS Sustainable Chem. Eng., 2016, 4(12): 6828-6837
5. Lab Chip, 2017, 17, 1041-1050
6. Mater. Chem. A, 2016, 4, 13771-13777
7. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2016, 8 (5): 2942–2949
8. Sci Rep., 2016, 6: 31818

本文由材料人編輯部納米學術組大嘴巴荼荼供稿，材料牛編輯整理。

材料牛網專注于跟蹤材料領域科技及行業進展，這里匯集了各大高校碩博生、一線科研人員以及行業從業者，如果您對于跟蹤材料領域科技進展，解讀高水平文章或是評述行業有興趣，點我加入材料人編輯部。

歡迎大家到材料人宣傳科技成果并對文獻進行深入解讀，投稿郵箱tougao@cailiaoren.com。

材料測試，數據分析，上測試谷！