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Nat.Commun.：基于极性差异的多相不混溶液体分离

近年来，海上石油开采及运输过程中频发的原油泄漏事故以及工业生产所排放的含油废水已经成为全球面临最严重的环境问题之一，导致以油水分离为代表的不混溶液体的分离成为目前研究的一大热点。目前报道的分离策略主要是通过复杂的化学修饰过程或者灌输非挥发、低表面能的液体改变材料表面的浸润性质，以此达到油水分离的目的，但这两种方法操作繁琐、工艺复杂，并且很难实现对任意不混溶液体的分离。

近日，吉林大学的于吉红教授与中科院理化技术研究所的江雷研究员、化学研究所的田野副研究员提出了一种基于灌输液体极性的机理来调节材料表面的浸润性质，可实现对任意不混溶液体的分离以及多相液体的连续分离，这种方法无需任何外界刺激或者共价修饰。

图1. 基于极性的灌输液体可切换浸润行为的示意图

如图1所示，在空气中，SiO2–TiO2复合多孔柔性纳米纤维膜具有超双亲性质。由于该纤维膜表面自由能中极性分量远大于其色散分量（），固-液之间的作用力以极性-极性相互作用为主。因此，向纤维膜中灌输一种高极性分量的液体可形成一个相对稳定的液体灌输复合界面（过程I）。复合界面允许灌输液体本身透过，同时阻断不混溶的具有低极性分量的液体。基于这种分离策略，该工作首次实现了对表面自由能差异仅有2 mJ•m-2的不混溶液体对（乙二醇和二碘甲烷）的分离，还展示了该策略对乳化剂稳定乳液的高效分离。此外，灌输到膜中的液体可被具有更高极性分量的不混溶液体直接取代（过程II），实现对纤维膜浸润行为的原位调节，进而实现对多相液体的连续分离（图2）。

图2. 多相液体的连续分离

该研究团队从体系表面自由能最低原理、密度泛函理论模拟及液体分子的脱附活化能方面进一步分析该分离策略的原理，揭示了纤维膜的等级孔结构及纤维内、外表面大量存在的极性羟基基团是实现上述性能的关键。该工作首次提出基于液体极性驱动的分离策略，为高效液体分离膜的设计提供了新的思路。相关研究成果发表在Nature Communications上，王洋博士和邸建城博士为论文的共同第一作者。

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来源：X-mol

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最后更新：2017-10-08 07:06:09

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