寧波材料所在生物可降解油水分離材料研究中取得進(jìn)展

    近些年，石油泄漏事故頻發(fā)，引發(fā)了嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，給經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展以及人們的生產(chǎn)生活帶來了嚴(yán)重影響。為了維護(hù)良好的生態(tài)環(huán)境和人類的健康，保護(hù)有限的水資源，對含油污水體進(jìn)行有效分離就顯得尤為重要，也因此，具有油水分離功能的新型材料成為了科學(xué)家關(guān)注的焦點之一。目前，利用特殊浸潤性表面比如超疏水表面、超親水表面等進(jìn)行油水分離已成為功能材料研究的熱點。然而，盡管目前已有多種具有良好油水分離功能的特殊浸潤性材料問世，但其大部分的材料主體多為不可降解或難降解的高分子材料特別是親油型油水分離材料由于其親油的特性使得這種材料在處理含油污水過程中易被污染，使用后往往產(chǎn)生大量的難以處理的污染垃圾及廢料，不僅容易對環(huán)境造成二次污染，而且后處理的綜合成本較高，已成為制約油水分離材料實際應(yīng)用的重要因素之一。構(gòu)建環(huán)境友好型的油水分離材料成為亟待解決的重要課題。

　　近日，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所智能高分子材料團(tuán)隊以生物相容性較好、可降解的生物基高分子材料聚乳酸（PLA）無紡布為主要原料，制備出具有特殊浸潤性的生物可降解的環(huán)境友好型油水分離材料。研究人員利用聚多巴胺作為材料表面處理的“功能涂層”，實現(xiàn)對聚乳酸無紡布中纖維表面進(jìn)行簡單有效的修飾，進(jìn)而利用聚多巴胺含有的羥基、亞胺基等官能團(tuán)作為進(jìn)一步功能化的“橋梁”，將納米級的二氧化硅粒子（SiO2）和微米級的聚苯乙烯微球負(fù)載到聚乳酸纖維表面，從而巧妙地構(gòu)建一種具有微納米多級組裝結(jié)構(gòu)的聚乳酸無紡布復(fù)合材料（圖1）。

　　研究人員發(fā)現(xiàn)，這種新型的聚乳酸無紡布材料不僅具有較高的表面粗糙度，當(dāng)水滴接觸表面時可以達(dá)到超疏水狀態(tài)，更重要的是，無紡布表面超疏水的穩(wěn)定性非常高，即使經(jīng)過多次摩擦或拉伸變形后，無紡布仍然保持穩(wěn)定的微觀結(jié)構(gòu)和超疏水的表面性能（圖2A）。利用這一優(yōu)勢，研究人員將其用于吸油實驗和分離油水混合物，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這種改性后的聚乳酸無紡布不僅可以快速吸附大量的有機溶劑，還可以在重力作用下對油水混合物進(jìn)行快速有效分離，而且重復(fù)利用率高，分離效果十分穩(wěn)定（圖2B, 2C）。該研究工作為有效分離廢水以及被污染的分離材料的后處理提供了新的思路，在發(fā)展綠色環(huán)保的油污水分離材料方面具有重要的指導(dǎo)意義。目前，相關(guān)工作已發(fā)表在美國化學(xué)會期刊ACS Applied Materials & Interfaces（2017, 9, 5968-5973）。

　　該研究得到了國家自然科學(xué)基金（51603216）、中科院前沿科學(xué)和教育局（QYZDB-SSW-SLH036）、浙江省公益技術(shù)應(yīng)用研究計劃（2015C33031）、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會（2017337、2016268）以及中科院海洋新材料與應(yīng)用技術(shù)重點實驗室開放課題（2016Z01、2017K03）等項目的資助。

圖1.超疏水性聚乳酸無紡布的制備過程示意圖。

    圖2.（A）超疏水功能化聚乳酸無紡布的微觀結(jié)構(gòu)及其耐摩擦和耐拉伸性能；聚乳酸無紡布的吸油性能（B）和油水分離性能（C）。