新疆理化所在油水混合物分离机理研究领域取得进展

发布时间:2022-04-08

含油污水的任意排放不仅造成资源浪费,还会对生态系统和大众健康造成严重威胁。膜材料可实现对油水混合物的高效分离,但相关机理研究还停滞在油相或水相对材料的浸润和入侵过程,而材料表面及其结构在触发油水分离过程中的作用鲜有报道,特别是在高度乳化油水混合物分离过程中,油滴的稳定状态以及实现分离过程的驱动力缺少实验数据来进行说明。

玄武岩纤维被誉为21世纪的绿色材料,具有成本低、耐酸碱、强度高、耐热等优异性能。利用上述优点,中科院新疆理化所马鹏程研究员团队以玄武岩纤维织物和聚乙烯醇为原料,通过引入表面交联的方法,制备出一种具有三明治结构的亲水型复合膜材料。该复合膜能有效分离多种油水混合物和水包油型乳化液,并具有优异的耐酸、耐碱性能和水下自清洁能力。

利用该复合膜,科研人员研究了乳化液分离过程中油滴的大小和分布,发现当乳液与复合膜接触时,体系中的水会以置换方式通过膜材料表面,而玄武岩纤维织物结构中存在大量微小通道,从而提供了有效的毛细管力来促进乳液中水相的连续通过。随着乳液中水含量不断减少,油滴浓度不断增加,这会提高油滴之间的碰撞机率,从而引发小油滴聚集并形成大油滴,并进一步破坏整个乳液体系的稳定性,最终实现乳液的油水分离。基于上述实验现象,团队提出了聚集诱导破乳(Aggregation-Induced Demulsification, AID的油水分离机理,相关研究工作近期发表在Aggregate杂志上,并被选为发表当期内封面。

上述研究工作得到中科院西部之光、新疆高层次人才引进计划等项目资助。

1. 基于聚集诱导破乳机理实现乳化油水混合物的有效分离

论文信息:

Zhang YR, Meng BW, Hao B, Ma PC*. Aggregation-induced demulsification triggered by the hydrophilic fabric for the separation of highly emulsified oil droplets from water. Aggregate, 2022, 3, e131论文链接.