苏州大学：超小纳米颗粒增强水凝胶膜用于超强防污油/水乳液分离

由于膜对污染的高度敏感性，膜污染是含油废水处理的一个持续和严重的挑战。 一种可行的策略是在膜表面设计坚固稳定的水化层以防止污染。水凝胶是一类独特的材料，具有出色的防污性能，但受限于其较弱的机械性能。近日，科研人员报告了通过金属离子配位介导的矿化作用在海藻酸铜 (CuAlg) 层中原位生长超小亲水性Cu3(PO4)2 纳米粒子，从而在膜上形成增强水凝胶。尺寸为 3-5 nm 的亲水性Cu3(PO4)2纳米颗粒的嵌入赋予 CuAlg/Cu3(PO4)2 复合水凝胶增强的机械性能以及增强的水合能力。所制备的 CuAlg/Cu3(PO4)2 改性膜表现出优异的疏油性能，并且在分离表面活性剂稳定的水包油乳液时通量衰减为0，渗透通量高达~1330 L m-2 h–1 bar–1。值得注意的是，它能够在过滤过程中为纯水和水包油乳液保持相似的渗透通量，这优于目前报道的膜，表明其具有超强的防污性能。

图 1. (a) 用于 M-CuAlg/Cu3(PO4)2 的水合物层增强和防污性能的原位矿化水凝胶示意图。(b) 光学照片和 (c) 截面 SEM。

图 3. 膜在错流过滤环境下的防污性能。

图 4. M-CuAlg、M-Cu3(PO4)2 和 M-CuAlg/Cu3(PO4)2 膜分别在 (a) 0.2 bar 和 (b) 0.6 bar 的驱动压力下的长期分离性能。(c) 进料和滤液的油滴尺寸分布。(d) 用于分离各种 SDS 稳定的水包油乳液的滤液中的通量和含油量。

图 5. M-CuAlg/Cu3(PO4)2 (a) 乳液分离前和 (b) 乳液分离后的元素含量。M-CuAlg/Cu3(PO4)2 膜在 (c) pH 值为 2 至 12 的溶液中浸泡 24 小时和 (d) 浓度为 1 M 的各种盐溶液中浸泡 7 天后的润湿稳定性。

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