Adv. Funct. Mater.：以食盐颗粒为模板制备多孔PVDF-MWCNT复合油水分离海绵

【引言】

溢油事故的频繁发生和工业废水的大量排放形成了大量的油水混合物，进而引发严重的环境污染及经济损失。因此，研究人员开发出了各种功能材料用于油水分离。具有特殊浸润性的功能材料，如超亲水/超疏油或超疏水/超亲油材料，可以对油/水形成选择性排斥/吸附，进而实现油水混合物的高效分离，因此受到研究人员的广泛关注。PVDF（聚偏氟乙烯）作为疏水性高分子材料具有优异的热稳定性、机械稳定性、化学稳定性和生物相容性，因此被广泛用于制备具有特殊浸润性的分离膜。由于PVDF较难溶解，因此传统的制备方法（如相分离法和静电纺丝法等）均需使用有毒的有机溶剂，对操作人员和环境均有安全隐患。因此，开发一种PVDF基油水分离材料的绿色制备方法显得十分重要。

【成果简介】

日前，大连理工大学刘新副教授、伦敦大学学院Ivan P Parkin教授（共同通讯作者）和大连理工大学博士生陈发泽（第一作者）等人在Advanced Functional Materials上以题为“Table Salt as a Template to Prepare Reusable Porous PVDF–MWCNT Foam for Separation of Immiscible Oils/Organic Solvents and Corrosive Aqueous Solutions”发表了油水混合物分离材料的最新研究成果。文章以食盐颗粒为模板制备了一种多孔PVDF-MWCNT（多壁碳纳米管）复合海绵，整个制备过程无需任何有机溶剂。该复合海绵具有超疏水/超亲油特性及良好的弹性，对各种油类具有优异的吸附能力，并可以通过挤压、加热或溶剂清洗的方式实现循环使用，因此在油水混合物选择性分离方面具有一定应用价值。其次，该海绵具有极佳的耐紫外和耐酸碱盐性能，在这些复杂环境中仍能保持优异的油水分离能力，结合减压抽滤的方式，可实现大面积水面浮油的高效收集。

【图文导读】

图1. PVDF-MWCNT复合海绵的制备及性能表征

a-b) 多孔PVDF-MWCNT复合海绵的制备过程示意图与实物图

c-d) 复合海绵的微观结构，MWCNT在PVDF基体材料上形成微纳米粗糙结构

e) 水滴和甲苯液滴在海绵上的不同接触行为，表明海绵具有超疏水/超亲油的特性

f) 将复合海绵置于水下时会形成明显的镜面反射

g) 水滴滴落在复合海绵表面时会迅速弹开，且表面无水滴残留

h) 复合海绵的压缩回弹试验

图2. PVDF-MWCNT复合海绵从油水混合物中选择性吸附轻油或重油

a) 复合海绵吸附甲苯（轻油，染为蓝色）

b) 复合海绵吸附氯仿（重油，染为红色）

图3. PVDF-MWCNT复合海绵的可重复使用性测试

a) 通过加热蒸发的方式循环使用复合海绵吸附甲苯

b) 采用乙醇浸泡+干燥的方式循环使用复合海绵吸附机油

c) 采用挤压的方式循环使用复合物吸附甲苯

d) 通过挤压循环的方式清除水面上的甲苯

图4. 复合海绵耐紫外性能分析及湍流混合物中的油吸附能力检测

a-c) PVDF-MWCNT复合海绵耐紫外性能分析

d) 复合海绵从剧烈搅拌中的水/甲苯混合物中去除甲苯的数码照片

图5. 复合海绵耐酸碱盐性能测试及连续油水分离能力表征

a) 复合海绵耐酸碱盐性能分析

b-c) 减压抽滤辅助实现油水混合物的连续分离

【小结】

基于PVDF和MWCNT的疏水性和化学稳定性，研究工作以食盐颗粒为模板制备了多孔的超疏水/超亲油PVDF-MWCNT复合海绵，制备过程无需使用任何有机溶剂。制备的多孔海绵对不同油类的吸附量高达300-1200wt%，并可以通过挤压、加热、溶剂清洗等方式实现复合海绵的循环使用。该海绵在强紫外、强酸碱盐等复杂环境中具有优异的性能稳定性，结合减压抽滤可实现水面浮油的连续收集，因此这种复合海绵有望在大面积海上溢油收集、工业废水净化等领域得到实际应用。同时，这种多孔复合物的绿色制备方法也有望在其他功能材料的制备中得到借鉴。

文献链接:Table Salt as a Template to Prepare Reusable Porous PVDF–MWCNT Foam for Separation of Immiscible Oils/Organic Solvents and Corrosive Aqueous Solutions. (Advanced Functional Materials, 2017, DOI: 10.1002/adfm.201702926)

【通讯作者简介】

大连理工大学机械工程学院刘新、宋金龙科研团队研究领域为特种加工技术与装备，目前主要从事极端润湿性表面制备及应用研究、大气压等离子体辅助切削及表面改性及表面光整加工等。近年在极端润湿性表面制备及应用研究领域发表的相关文章如下：

1. ACS Nano, 2017, DOI: 10.1021/acsnano.7b04494
2. J. Mater. Chem. A, 2017, 5: 14542-14550
3. J. Mater. Chem. A, 2015, 3(42): 20999-21008
4. ACS Sustainable Chem. Eng., 2016, 4(12): 6828-6837
5. Lab Chip, 2017, 17, 1041-1050
6. Mater. Chem. A, 2016, 4, 13771-13777
7. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2016, 8 (5): 2942–2949
8. Sci Rep., 2016, 6: 31818

本文由材料人编辑部纳米学术组大嘴巴荼荼供稿，材料牛编辑整理。

材料牛网专注于跟踪材料领域科技及行业进展，这里汇集了各大高校硕博生、一线科研人员以及行业从业者，如果您对于跟踪材料领域科技进展，解读高水平文章或是评述行业有兴趣，点我加入材料人编辑部。

欢迎大家到材料人宣传科技成果并对文献进行深入解读，投稿邮箱tougao@cailiaoren.com。

材料测试，数据分析，上测试谷！