特殊浸润性膜材料的构筑及在油水乳液分离中的应用研究

Oil-water separation has become a global focus and hotspot. However, the separation of oil-water emulsions has always been a challenge. In this project, taking advantage of the traditional idea of demulsification in solutions, we introduce the block copolymer design into the surface, aiming to construct stable membrane materials with special wettabllity for the gravity-driven oil-water emulsion separation in a high efficiency and energy-efficient manner. The polymer with different chemical structures is designed and synthesized. And then it is chemically introduced to the porous mesh for the fabrication of stable membrane. The effect of different surface structures, hydrophilic/hydrophobic block ratio, and polymer grafting density to the separation of different surfactant stabilized emulsions and different size of emulsion is investigated in detail. The membrane we anticipate will achieve high flux and high separation efficiency (> 99.9%). Meanwhile, we will also fabricate stimuli-responsive membrane materials and study its capacity to the emulsions separation under external stimulation (such as pH and electric field). We anticipate that our methodology will make a breakthrough in design and fabrication of novel and environment-friendly membrane materials for effective oil-water emulsion separation.

油水分离已成为全球研究的热点课题，然而，油水乳液的分离问题仍然是全球所面临的挑战。本项目把传统溶液破乳的理念，引入到表面嵌段共聚物分子设计中，旨在构筑稳定的具有特殊浸润性的膜材料，实现高效、快速的表面活性剂稳定的油水乳液的分离。设计合成不同化学结构的高表面活性的聚合物，并将其化学交联到多孔网膜上，制备具有超亲水-水下超疏油或超疏水-超亲油的膜材料，研究不同表面结构、亲/疏水嵌段比、聚合物接枝密度等对不同表面活性剂稳定的乳液和不同液滴大小的乳液分离的影响，以望实现高通量、高效率(> 99.9%)的分离。同时，基于高分子聚合物网络的智能响应性(如pH、电场等)，研究在外场刺激时，对聚合物接枝网膜材料油水乳液分离的影响。本项目拓宽了传统油水分离材料的制备方法，为设计制备简单的，有效的，价格低廉的，环境友好的，资源节约的和易于大规模制备的油水乳液分离材料提供一种新思路。

乳液分离是油水分离领域仍具挑战性的工作。本项目从油水乳液分离的本质出发，设计制备了具有高界面活性的浸润性膜材料和各向异性微球材料，并将这些材料用于油水乳液分离，实现了对油水乳液的高效、快速的分离。主要包括以下几方面内容：1）设计制备了具有高界面活性的浸润性膜材料：将聚氧乙烯-聚氧丙烯醇醚类嵌段共聚物通过化学交联引入到多孔铜网表面，得到水凝胶负载的多孔网膜，实现了油水乳液的分离；2）设计制备了具有高界面活性的各向异性聚合物微球（Janus微球）材料：发展了乳液界面聚合的新体系，实现了亲水-亲油性质的各向异性聚合物微球材料的大规模制备方法；3）响应性的各向异性聚合物微球（Janus微球）材料及其油水分离：首次提出利用各向异性聚合物微球材料用于分离油水乳液新方法。利用乳液界面聚合和界面组装的方法，制备了具有磁响应性的各向异性聚合物微球材料，实现了水包油乳液高效、快速分离。