我院李龙老师课题组在《Journal of Membrane Science》期刊发表渐变润湿性梯度膜的最新研究成果
发布人:研究生科  发布时间:2022-01-04   动态浏览次数:13

定向液体传输是一种在自然界中普遍存在的现象,且在诸如雾气集水、油水分离、原油泄漏清理等场景中具有巨大的潜在应用价值。一般来说,跨材料厚度定向液体传输的实现有赖于材料中各向异性的结构特征或润湿性梯度。然而,目前所报道的各向异性的结构特征或润湿性梯度几乎都是不连续或突变式的结构,且在这种结构中仍然存在一定的液体传输阻力。鉴于此,该团队提出了一种一步静电纺丝制备渐变润湿性梯度膜的策略(图1),主要通过程序控制具有润湿性明显差异的两种材料的共混比例实时连续变化,进而制备出湿润性沿纤维膜厚度方向逐层渐变的连续梯度膜(图2)。

1. 用于制备连续梯度膜的程序化一步静电纺丝策略和渐变润湿性梯度示意图。



2.连续梯度膜(G78)纤维形态和润湿性梯度。(a) G78的纳米纤维框架图。(b) G78的截面图及其放大图(c)(d) - (i)位于G78不同厚度(0%20%40%60%80%100%)的典型均质膜的SEM图,插图尺寸为5 μm(j) - (o)对应于(d) - (i)的膜动态WCA(p) - (u)对应于(d) - (i)的膜的OCA

结果表明,制备的梯度膜表现出优异的定向液体传输特性,即液滴只能沿亲液性增加的方向传输,而沿相反方向无法实现传输。如图3(a-c)所示为梯度膜(G78)表现出对油的单向传输特性,而图4(a-d)为调整湿润性后的梯度膜(eG78)同时表现出对油/水的单向传输特性。由于渐变润湿性梯度所产生的内部驱动力,与均质润湿性的膜相比,梯度膜定向液体传输的渗透通量显著提高。基于这一特性,梯度膜在超快定向浮油收集和低能耗油水混合物定向分离等方面的应用表现出来巨大的潜力。图3(d)为定向浮油收集的演示,验证了低能耗海上浮油收集的应用前景。而图5为梯度膜(eG78)在低重力条件下对水和油均具有较高渗透通量,可以同时实现水和油的选择性分离,并且具有良好的循环性能。该论文展示了一种新颖和便捷的渐变梯度膜构建策略,同时展示了所制备的渐变梯度膜在不同场景中的应用潜力,为润湿性各向异性多孔膜的设计和制造提供了新的思路。


3. PCL均相膜(a)G78的富PCL(b)和富PCL(c)表面的油传输特性。(d)使用G78进行低能耗定向浮油收集的演示,其中虚线框表示G78的位置。

4.(a)-(b)梯度膜PCE侧的油(a)和水(b)传输特性,(c)-(d)梯度膜PCE侧的油(c)和水(d)传输特性。

5.(a) - (b)用于低重力下定向液体传输(a)和分离(b)的定制装置。使用该装置(a),低重力条件下不同膜(PCLPCE2eG3-eG78)的油(c)和水(e)渗透通量。使用该装置(b),低重力条件下eG78的定向液体分离通量(d)以及多次循环分离通量(f)


该工作于20211120日在线发表,第一作者为贵州大学材料与冶金学院硕士研究生申权,李龙副教授为通讯作者。该工作的开展获得国家自然科学基金项目、贵州省平台人才及贵州大学培育项目等基金的支持。

Q. Shen, Y. Jiang, S.Z. Guo, L. Huang, H.B. Xie, L. Li *, Journal of Membrane Science. 2022, 644: 120091.论文链接:https://doi.org/10.1016/j.memsci.2021.120091