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Nat.Commun.：基於極性差異的多相不混溶液體分離

近年來，海上石油開采及運輸過程中頻發的原油泄漏事故以及工業生產所排放的含油廢水已經成為全球麵臨最嚴重的環境問題之一，導致以油水分離為代表的不混溶液體的分離成為目前研究的一大熱點。目前報道的分離策略主要是通過複雜的化學修飾過程或者灌輸非揮發、低表麵能的液體改變材料表麵的浸潤性質，以此達到油水分離的目的，但這兩種方法操作繁瑣、工藝複雜，並且很難實現對任意不混溶液體的分離。

近日，吉林大學的於吉紅教授與中科院理化技術研究所的江雷研究員、化學研究所的田野副研究員提出了一種基於灌輸液體極性的機理來調節材料表麵的浸潤性質，可實現對任意不混溶液體的分離以及多相液體的連續分離，這種方法無需任何外界刺激或者共價修飾。

圖1. 基於極性的灌輸液體可切換浸潤行為的示意圖

如圖1所示，在空氣中，SiO2–TiO2複合多孔柔性納米纖維膜具有超雙親性質。由於該纖維膜表麵自由能中極性分量遠大於其色散分量（），固-液之間的作用力以極性-極性相互作用為主。因此，向纖維膜中灌輸一種高極性分量的液體可形成一個相對穩定的液體灌輸複合界麵（過程I）。複合界麵允許灌輸液體本身透過，同時阻斷不混溶的具有低極性分量的液體。基於這種分離策略，該工作首次實現了對表麵自由能差異僅有2 mJ•m-2的不混溶液體對（乙二醇和二碘甲烷）的分離，還展示了該策略對乳化劑穩定乳液的高效分離。此外，灌輸到膜中的液體可被具有更高極性分量的不混溶液體直接取代（過程II），實現對纖維膜浸潤行為的原位調節，進而實現對多相液體的連續分離（圖2）。

圖2. 多相液體的連續分離

該研究團隊從體係表麵自由能最低原理、密度泛函理論模擬及液體分子的脫附活化能方麵進一步分析該分離策略的原理，揭示了纖維膜的等級孔結構及纖維內、外表麵大量存在的極性羥基基團是實現上述性能的關鍵。該工作首次提出基於液體極性驅動的分離策略，為高效液體分離膜的設計提供了新的思路。相關研究成果發表在Nature Communications上，王洋博士和邸建城博士為論文的共同第一作者。

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來源：X-mol

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最後更新：2017-10-08 07:06:09

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