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圖解寧波材料所環境友好型油水分離材料新進展

2017-03-14 16:02:43 作者：本網整理來源：中科院分享至：

近些年，石油泄漏事故頻發，引發了嚴重的環境污染問題，給經濟社會的可持續發展以及人們的生產生活帶來了嚴重影響。為了維護良好的生態環境和人類的健康，保護有限的水資源，對含油污水體進行有效分離就顯得尤為重要，也因此，具有油水分離功能的新型材料成為了科學家關注的焦點之一。目前，利用特殊浸潤性表面比如超疏水表面、超親水表面等進行油水分離已成為功能材料研究的熱點。然而，盡管目前已有多種具有良好油水分離功能的特殊浸潤性材料問世，但其大部分的材料主體多為不可降解或難降解的高分子材料特別是親油型油水分離材料由于其親油的特性使得這種材料在處理含油污水過程中易被污染，使用后往往產生大量的難以處理的污染垃圾及廢料，不僅容易對環境造成二次污染，而且后處理的綜合成本較高，已成為制約油水分離材料實際應用的重要因素之一。構建環境友好型的油水分離材料成為亟待解決的重要課題。

近日，中國科學院寧波材料技術與工程研究所智能高分子材料團隊以生物相容性較好、可降解的生物基高分子材料聚乳酸（PLA）無紡布為主要原料，制備出具有特殊浸潤性的生物可降解的環境友好型油水分離材料。研究人員利用聚多巴胺作為材料表面處理的“功能涂層”，實現對聚乳酸無紡布中纖維表面進行簡單有效的修飾，進而利用聚多巴胺含有的羥基、亞胺基等官能團作為進一步功能化的“橋梁”，將納米級的二氧化硅粒子（SiO2）和微米級的聚苯乙烯微球負載到聚乳酸纖維表面，從而巧妙地構建一種具有微納米多級組裝結構的聚乳酸無紡布復合材料（圖1）。

研究人員發現，這種新型的聚乳酸無紡布材料不僅具有較高的表面粗糙度，當水滴接觸表面時可以達到超疏水狀態，更重要的是，無紡布表面超疏水的穩定性非常高，即使經過多次摩擦或拉伸變形后，無紡布仍然保持穩定的微觀結構和超疏水的表面性能（圖2A）。利用這一優勢，研究人員將其用于吸油實驗和分離油水混合物，結果發現這種改性后的聚乳酸無紡布不僅可以快速吸附大量的有機溶劑，還可以在重力作用下對油水混合物進行快速有效分離，而且重復利用率高，分離效果十分穩定（圖2B, 2C）。該研究工作為有效分離廢水以及被污染的分離材料的后處理提供了新的思路，在發展綠色環保的油污水分離材料方面具有重要的指導意義。目前，相關工作已發表在美國化學會期刊ACS Applied Materials & Interfaces（2017, 9, 5968-5973）。

該研究得到了國家自然科學基金（51603216）、中科院前沿科學和教育局（QYZDB-SSW-SLH036）、浙江省公益技術應用研究計劃（2015C33031）、中科院青年創新促進會（2017337、2016268）以及中科院海洋新材料與應用技術重點實驗室開放課題（2016Z01、2017K03）等項目的資助。

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圖1.超疏水性聚乳酸無紡布的制備過程示意圖。