本研究制備了兩性離子聚合物毛狀涂層不銹鋼網膜,經證實該材料可實現對油/水混合物和乳液的高效分離。P(DVB-co-VBC)毛狀涂層是通過快速陽離子聚合產生的,然后通過甲基丙烯酸磺基甜菜堿(SBMA)的原子轉移自由基聚合(ATRP)接枝兩性離子聚合物層。毛狀涂層的微觀結構可通過毛發的交織由單獨的納米纖維陣列調整為多孔網絡。兩性離子聚合物與水的長程吸引力使涂層網具有優異的超親水和水下超疏油性能。該涂層網顯示出高度防污性,可避免傳統方法中的預水化。此外,經證實材料的微觀結構是油/水乳液高效分離的原因。綜上,該涂層網易于分離油水混合物和乳液,在工業油田污水處理方面具有廣闊的應用前景。
圖1.三種代表性網格的SEM圖像和EDX光譜:(a)原始網格,(b)P(DVB-co-VBC)涂層網格,(c)P(DVB-co-VBC-g-SBMA)涂層網格;(d)三種網格的XPS光譜(左),以及P(DVB-co-VBC-g-SBMA)涂層網格中N1s和S2p的放大XPS光譜(右)。
圖2.(a)沉淀陽離子聚合不同時間后,具有不同毛發長度的P(DVB-co-VBC)涂層網格的SEM圖像和放大圖像(插圖):(1)30,(2)60,(3)120s;(b)P(DVB-co-VBC)(標記為0h)以及經原子轉移自由基聚合(ATRP)8h、16h和24h的P(DVB-co-VBC-g-SBMA)的FT-IR光譜;(c)在不同聚合時間下,ATRP后P(DVB-co-VBC-g-SBMA)涂層網格的水接觸角變化。
圖3.(a1-a3)原油/水混合物(1:1vol/vol)分離;(b1)未經預水化的干燥狀態原油污染P(DVB-co-VBC-g-SBMA)涂層網;(b2)通過簡單地用水沖洗以清潔網格;(b3)即使在用水強烈沖洗后,對比的磺化P(DVB-co-VBC)涂層網仍保持結垢狀態。
圖4.(a)油柱由具有侵入壓力的P(DVB-co-VBC-g-SBMA)涂層網格支撐;(b)網格的水下油接觸角(模型油:CHCl3)以及不同pH下分離后的殘余油含量;(c)P(DVB-co-VBC-g-SBMA)涂層網經各種溶劑處理后分離的殘留油含量;(d)多次循環分離后的殘余油含量;(e)在過濾后的水相中分離含有低殘留油含量的不同溶劑的典型混合物。
圖5.(a)香豆素6染色乳液的CLSM圖像和光學圖像(插圖);(b)過濾后水相的CLSM圖像和光學圖像(插圖);(c)具有不同毛發長度的涂層網格的水接觸角和水下油接觸角;(d)經涂層網過濾后水相的殘留油含量,插圖為激光照射下的水相和分離機制示意圖,灰線表示甲苯在25℃水中的飽和溶解度。