多孔超疏水分離膜3D打印工藝

供稿人:彭剛 田小永

近百年來(lái)，隨著工業(yè)文明的不斷發(fā)展,，化工生產(chǎn)排放的含油污水及頻繁的原油泄漏事故給自然環(huán)境帶來(lái)了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。不僅是人類生活所依賴的陸地河流,，大面積的海洋區(qū)域也正面臨嚴(yán)重的污染問(wèn)題,。目前，多孔材料,，如網(wǎng)格狀編織纖維,、海綿、泡沫,、多孔薄膜等,，是解決油水分離難題的主要方案，其中多孔微濾薄膜憑借較高的分離效率和體積優(yōu)勢(shì)得到更多關(guān)注,。然而傳統(tǒng)的薄膜制造過(guò)程中需要消耗,、排放大量的有機(jī)溶劑，工藝自身就會(huì)造成一定的污染,，面對(duì)以上進(jìn)退兩難的局面,，急需發(fā)掘新的多孔薄膜制造工藝。

選區(qū)激光燒結(jié)(selective laser sintering, SLS)是3D打印技術(shù)中的一種粉床熔融成形工藝,，粉末材料在燒結(jié)粘接過(guò)程中會(huì)形成固有孔隙,，但以往SLS工藝研究聚焦于提高燒結(jié)的致密度，固有孔隙優(yōu)勢(shì)并未得到合理利用,。比利時(shí)魯汶大學(xué)的研究者Yuan等人采用微米級(jí)聚砜(PSU)顆粒為原料,，通過(guò)SLS成形單層多孔薄膜,，如圖1，薄膜孔隙率可達(dá)30%,，水接觸角為124°,，已經(jīng)表現(xiàn)為良好的疏水性。

圖1多孔薄膜顯微圖（上,、中,、下依次為薄膜上表面、截面,、下表面,；M1、2為不同的工藝條件）
更進(jìn)一步,，研究者通過(guò)簡(jiǎn)單的浸漬法將蠟燭燃燒產(chǎn)生的碳煙包覆在多孔PSU薄膜的表面,，獲得復(fù)合材料超疏水分離膜，水接觸角高達(dá)160°,，如圖2a,、b，水滴完全被薄膜排斥,；同時(shí)薄膜具有極佳的親油性,，油滴可以快速滲透到孔隙中，流向下表面,，如圖2c,。在分離實(shí)驗(yàn)中，油水分離效率超過(guò)99%,。此外,，研究者驗(yàn)證了復(fù)合材料分離膜具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，可以應(yīng)用于不同的酸堿環(huán)境中,。

圖2 a)復(fù)合材料薄膜超疏水示意圖 b)水滴實(shí)驗(yàn) c)油滴實(shí)驗(yàn) d)不同液體的接觸角 e)不同液滴在薄膜上的形態(tài)
這種簡(jiǎn)單、實(shí)用,、高效的超疏水油水分離膜的制備方法不但充分發(fā)揮了3D打印技術(shù)的內(nèi)在優(yōu)勢(shì),，并且具有綠色友好的特點(diǎn)，如果能夠得到進(jìn)一步應(yīng)用,，將對(duì)治理水污染和保護(hù)生態(tài)環(huán)境作出特殊貢獻(xiàn),。

參考文獻(xiàn)：
Shushan Yuan, Dieter Strobbe, Jean-Pierre Kruth, et al. Super-hydrophobic 3D printed polysulfone membranes with a switchable wettability by self-assembled candle soot for efficient gravity-driven oil/water separation [J]. Journal of Materials Chemistry A, 2017, 5: 25401-25409.