江雷團隊Adv. Funct. Mater.：宏觀形狀調控實現超疏水PMMA表面高效氣泡黏附 污水處理顯身手

【引言】

“吹泡泡”，在陽光下泡泡五彩繽紛、色彩斑駁，相信很多人都玩過。那么你可知道在自然界和工廠生產中也有“吹泡泡”的現象發生？而且泡泡在諸多領域具有舉足輕重的作用。例如，自然界中座頭鯨利用氣泡來獵殺小魚作為食物，人類利用氣泡黏附在疏水物質表面收集貴重的礦物，由此可見，氣泡在人類生活和自然環境中具有重要的意義。然而氣泡在水中的行為主要受浮力影響，大量的氣泡會在浮力的作用下脫離水相而進入空氣中，限制了其在液相體系中的應用。

【成果簡介】

日前，由江雷院士(通訊作者)和于存明博士（通訊作者）等人在Adv. Funct. Mater.上以題為 “Morphology-Control Strategy of the Superhydrophobic Poly(Methyl Methacrylate) Surface for Effcient Bubble Adhesion and Wastewater Remediation”發表了不同形狀的超疏水聚甲基丙烯酸甲酯片對于氣泡黏附和在水環境中負載臭氧降解甲基藍的研究成果。由于臭氧本身在水中的溶解度差，不利于臭氧對水體的凈化，本文利用微氣泡在超疏水表面的黏附作用，實現了氣泡在水相環境中的長時間停留，并在有機染料污染物的降解方面得到了較好的應用。

【圖文導讀】

圖1 超疏水PMMA 圓片(SPCS)的制備和形貌表征

(a) SPCS的制備過程；

(b) SPCS的光學俯視圖；

(c) SPCS的SEM圖，插圖為由超疏水納米硅顆粒組成的SPCS表面；

(d) SPCS表面的水接觸角和水下氣泡的接觸角。

圖2 氣泡在不同形狀超疏水PMMA片上的黏附及脫離過程

(a)-(d) 超疏水性五角星形PMMA片，三角形PMMA片，圓形PMMA片和橢圓形PMMA片的氣泡黏附和釋放的光學圖片；

(e) 氣泡在五角星形PMMA片頂角處運動的光學圖片和受力分析；

(f) 不同形狀的PMMA片的氣泡黏附效率。

圖3 SPCS大小對氣泡黏附效率的影響

SPCS氣泡黏附效率與直徑之間的關系。

圖4 氣泡在SPCS上的黏附和脫離過程

不同直徑的SPCS(0.5, 1.0, 1.5, 2.0和3.0 cm)氣泡粘附和脫離的光學照片。

圖5 SPCS氣泡黏附效率的影響因素(溫度、深度)

SPCS氣泡黏附效率與環境溫度和浸入深度的關系。

圖6 超疏水PMMA圓片陣列(SPCSA)用于甲基藍降解

(a) 氣泡在SPCSA上的鋪展過程；

(b) SPCSA參與的臭氧降解甲基藍過程；

(c) 臭氧（O3）降解甲基藍（MB）的時間與臭氧流速之間的變化關系；

(d) 臭氧（O3）降解甲基藍（MB）的效率與臭氧流速之間的變化關系。

【小結】

本文采用激光切割、超疏水修飾等方法，制備了超疏水性的PMMA表面；并通過調控超疏水PMMA表面的宏觀形貌，實現了水下氣泡的高效黏附，有效地解決了氣/液反應體系中的氣泡上升問題。在此基礎上，作者進一步發展出了超疏水的PMMA圓片陣列，并將其應用于臭氧降解甲基藍(MB)溶液的過程中。實驗發現超疏水PMMA圓片陣列可以明顯的縮短甲基藍溶液的降解時間、提高臭氧反應氣體的降解效率。該方法有望在污水處理等領域中得到廣泛應用，并推廣應用到常見的氣/液反應體系當中，提高氣/液反應效率。

文獻鏈接: Morphology-Control Strategy of the Superhydrophobic Poly(Methyl Methacrylate) Surface for Efficient Bubble Adhesion and Wastewater Remediation?(Adv. Funct. Mater., 2017, DOI: 10.1002/adfm.201702020)

本文由材料人編輯部高分子組點點編譯。江雷院士團隊審核整理。

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