馬軍院士研究團隊在可生物降解油水分離膜研究領域取得新進展

近日,實驗室馬軍院士團隊通過靜電紡絲技術獲得可生物降解的超親水納米纖維油水分離膜,突破了傳統(tǒng)聚合物分離膜廢棄后二次污染的瓶頸.相關論文以《用于超快油水分離的可生物降解靜電紡絲超親水納米纖維膜》(Biodegradable Electrospinning Superhydrophilic Nanofiber Membranes for Ultrafast Oil-water Separation)為題發(fā)表在《科學進展》(Science Advances)期刊上.

海上原油泄漏和工業(yè)含油廢液排放對生態(tài)系統(tǒng)和人類健康構成重大威脅,并嚴重破壞全球水-食物-能源鏈條.基于超親水膜的分離技術是實現(xiàn)油水分離的有效措施,且已廣泛應用于含油廢水的處理工藝.其分離原理主要依靠材料具有超親水性,水可以順利通過材料內(nèi)部的孔隙結構,在材料表面形成水化層,防止油通過.微孔和高比表面積所產(chǎn)生的毛細力可以產(chǎn)生破乳作用,有利于乳液與水分離.然而,現(xiàn)有的油水分離膜雖然能夠?qū)崿F(xiàn)含油廢水的有效凈化,但超親水膜材料大多來源于化石資源,膜廢料常被掩埋或焚燒,產(chǎn)生二次污染,不利于生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展.

針對此難題,該團隊提出一種可按需生物降解的超親水膜靜電紡絲策略,制備出環(huán)境友好的超親水聚乳酸納米纖維膜,對含有表面活性劑的水包油乳液有著優(yōu)異的分離性能.該膜對水包正辛烷乳液呈現(xiàn)出2.1×104L(m2·h·bar)滲透通量,分離效率高于99.6%,將聚乳酸生物降解為乳酸的速率提高30%以上.該項策略使聚乳酸和聚氧化乙烯水凝膠形成交聯(lián)結構,通過控制靜電紡絲參數(shù)并設計非對稱結構,得到了高滲透通量、高分離效率且可生物降解的超親水聚乳酸納米纖維膜.同時,聚氧化乙烯水凝膠的引入使膜表面與水分子之間形成的氫鍵數(shù)量增加了357.6 %,促進了聚乳酸疏水膜轉(zhuǎn)化為超親水膜,防止了膜污染并加速了乳化液通過膜的滲透.該種膜在使用條件下性能穩(wěn)定,在蛋白酶K處理下1周內(nèi)可實現(xiàn)生物降解.該研究中所提出的新策略為聚合物油水分離膜的制備提供新思路,具有廣闊的應用前景.

哈工大為該論文唯一通訊單位.實驗室程喜全特聘教授為論文第一作者,實驗室馬軍院士、邵路教授和程喜全特聘教授為論文共同通訊作者.哈工大威海校區(qū)學生李童語、焦陽也參與了相關研究工作.

該研究工作獲得國家自然科學基金、黑龍江省杰出青年科學基金、黑龍江省頭雁團隊原創(chuàng)探索基金、城市水資源與水環(huán)境國家重點實驗室等資助.