客观日本

东北大学成功制作出比头发还薄的油水分离膜,通过控制蜂窝膜的湿润性提高效率

2022年01月14日 化学材料

日本东北大学材料科学高等研究所的薮浩副教授与该校多元物质科学研究所的和田健彦教授等人组成的研究团队,通过精确控制形成了微米级蜂窝状小孔的数微米厚“蜂窝膜”的湿润性,成功制作出了可以有效分离水和油的分离膜。

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上下贯通的蜂窝膜的扫描型电子显微镜图像(供图:日本东北大学)

石油引起的环境污染,如船舶事故等造成的重油泄漏等已经成为一个问题。尤其是在发展中国家,为确保安全用水,去除废水等含有的油分成为重要课题之一。

研究团队此次通过改变UV-臭氧氧化的处理时间调节了蜂窝膜的湿润性,可以控制蜂窝膜形成难以被水润湿的表面或容易被水润湿的表面。表面湿润性通过测量水滴和油滴的接触角来评估,研究发现,水滴的接触角会随着UV-臭氧处理时间的延长而减小,超过30分钟后水会渗入孔中,而表面张力较低的油能润湿任何蜂窝膜。

因此,研究团队通过用PET网增强控制了湿润性的蜂窝膜来确保足够的机械强度,形成了油水分离膜。在容易被水润湿的表面先注入水后,蜂窝膜的孔始终被水润湿,因此这层水可以阻止油渗透,能选择性地分离水分。反过来,通过在容易被油润湿的表面先注入油,可以选择性地分离油。

此次实现的油水分离膜虽然厚度只有头发的十分之一左右,但可以对大量油水混合废水有效进行油水分离,在实验中,研究团队使用直径约2厘米的油水分离膜分离了数十毫升的水和油。分离后膜也不会破损,而且孔的尺寸为微米级,因此还有望分离肉眼看不见的小油滴。

薮浩副教授表示:“这种膜还有望分离肉眼看不见的小油滴。可以轻松地大量分离水和油,因此有望在发展中国家作为可轻松净化水质的器件使用,或者用来快速恢复石油造成的海洋污染等。”

原文:《科学新闻》
翻译编辑:JST客观日本编辑部