石油泄漏是一個全球性的環境問題，并且頻繁發生，造成石油資源的浪費，甚至威脅到海洋生物和人類安全。由于單向運輸性能，“油二極管”Janus膜在油水分離方面引起了廣泛關注。因此，構筑具有“油二極管”Janus膜是非常有必要的，其為高效快速油水分離及回收提供思路。
近日，城市水資源與水環境國家重點實驗室成員、哈爾濱工業大學（威海）程喜全副教授研究團隊提出一種銅網疏水改性加靜電紡絲策略，該項策略在超疏水銅網上靜電紡絲一層超親水聚乳酸薄膜，通過控制疏水改性的正十六硫醇濃度和靜電紡絲時間，制備出環境友好的“油二極管”Janus膜，并對正辛烷油柱展現出12 kPa抗油柱壓力和對含有表面活性劑的穩定的正辛烷油包水乳液展現出優異的分離性能。該工作以“Constructing Environmental-friendly “Oil-diode” Janus Membrane for Oil/Water Separation”為主題發表在《ACS Nano》上。文章第一作者兼通訊作者為哈爾濱工業大學（威海）程喜全副教授，共同通訊作者為歐洲膜學會名譽主席Enrico Drioli。哈爾濱工業大學（威海）碩士研究生葉燕燕為第二作者。
圖1 （A）PEA與PEGDGE的反應過程；（B）膜制備過程及其特點；（C）膜的單通道及油水混合液分離性能。
作者在文章中闡述了HO膜、HI膜、HI/HO膜以及HO/HI膜對于柴油的滲透機制。通過控制正十六硫醇濃度，制備得到表面含有部分凸起親水結構的超疏水銅網，同時控制靜電紡絲時間，獲得性能最優的“油二極管”Janus膜。展現出12 kPa的抗油壓力，其性能明顯優于大多數Janus膜。
圖2 Janus膜的油單通道輸送性能
所制備的Janus膜對重油/水混合液、輕油/水混合液以及含有表面活性劑的正辛烷油包水乳液有著優異的分離性能。其中，HI/HO膜對于正辛烷油包水乳液分離的滲透通量為2993 L m-2 h-1 bar-1，分離效率高達99.6%。HO/HI膜對正辛烷油包水乳液分離效率93%~99%，可以應用于不同分離效率要求的工藝中。
圖3 Janus膜的油水分離性能
作者實現了一種簡便的方法來制造環保的“油二極管”Janus膜。作者認為表面潤濕性，特殊的凸起結構如花蕾和材料特性可以產生疊加的效應來實現單向液體滲透，并通過抗油壓力得到證明。在膜的疏水側引入一些具有部分親水表面的微納米結構是提高拉普拉斯壓力的關鍵。有趣的是，精心設計的膜可以在一定條件下很好地分離重油/水混合物和輕油/水混合物。此外，所制備的膜對含有表面活性劑的穩定油包水乳液表現出優異的分離性能，滲透率約為 2993 L m-2 h-1 bar-1，分離效率高達99.6%。具有超高抗油壓力的“油二極管”Janus膜在智能液體分離、各種油水乳液分離等領域有著廣泛的應用。
論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.1c11388
作者介紹：
程喜全副教授鏈接：http://homepage.hit.edu.cn/chengxiquan
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