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含油废水是石油开采、加工和使用过程中不可避免的副产物，严重威胁生态环境安全。废水中的油污类型多样，界面复杂，去除难度极大。膜分离技术因其高效、低耗能的优点，在含油废水处理中脱颖而出，被认为是最具潜力的方法之一。然而，膜污染导致其水通量和工作寿命急剧下降，极大地限制了膜的应用。膜污染主要是由于分离过程中油滴的堆积和粘附造成的。堆积的油滴会在膜表面形成滤饼层，增加水的渗透压；这些油滴在高渗透压作用下会变形进入膜孔，导致孔道堵塞；同时，含油废水中的表面活性剂分子或固体颗粒容易吸附在膜表面改变膜浸润性，加速膜污染。因此，亟需提升膜材料的抗污性能。
近日，中国石油大学（华东）薛庆忠教授团队从油-水-固-气多相界面调控出发，提出一种基于电催化原位气泡抗污策略的新型超浸润油水分离膜材料（图1）。该工作以题为“Bioinspired Dynamic Antifouling of Oil‐Water Separation Membrane by Bubble‐Mediated Shape”发表在《Advanced Functional Materials》上。该膜材料具有优异的催化电解水功能，在分离过程中，该膜材料通过催化电解水过程在表面原位产生微气泡，在表面张力驱动下这些微气泡自发与膜上堵塞的油污合并，且利用浮力作用携带油污脱离膜表面，从而实现了污染物的快速、高效清除。
图1. 电催化原位气泡抗污策略示意图
研究证实所提出的原位气泡抗污策略能够同时去除膜表面多种类型污染物，包括堆积油、堵塞油、粘附油和油性固体颗粒（图2），抗污效率达到90%以上。该抗污方法比常规抗污方法更加灵活高效，可以通过外电流进行实时、动态地按需调控，能够显著提升膜材料的分离性能和使用寿命。实验结果表明，在该抗污策略的作用下，膜材料对油水乳液的持续分离通量超过10000 L m -2 h -1 bar -1。此外，该工作还从油-水-气多相界面能量变化、油滴界面扭曲、毛细力等方面揭示了原位气泡抗污机理，为开发新型高效油水分离膜材料提供了新思路。
图2. 气泡抗污过程。a）堵塞油，b）粘附油，c-d）油性砂砾
课题组网站：
xueqingzhong.polymer.cn
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原文链接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202212582
来源：高分子科学前沿
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