美国能源部（DOE）阿贡国家实验室的科学家们开发了一种涂层，在滤膜表面上产生亲水、防油分子的薄膜，可以延长关键工业设备的使用寿命，减少废水排放。

原油是粘性物质，经常堵塞过滤膜和石油和天然气工业中使用的其他设备。为了解决这个问题，美国能源部（DOE）阿贡国家实验室的科学家们开发了一种新方法，可以延长关键工业设备的使用寿命。

该新发明由一种涂层组成，该涂层在滤膜表面上产生亲水、防油分子的薄膜。这些金属氧化物分子在抵抗油的同时抓住任何松散的水原子。对于科学家来说，这些双重特性被称为亲水性和疏油性。

阿贡分子工程研究所所长Seth Darling说：“清洁含油水的最佳方法之一是使用膜，问题是油粘在膜上并堵塞造成失效，要么更换它或者试图用刺激性化学品清洗它”。

科学家使用了一种称为原子层沉积的方法，该方法使用化学蒸汽在所有滤膜表面沉积一层非常薄的金属氧化物涂层。他们尝试在现成的商用聚合物膜上使用不同的金属氧化物，以找出哪种效果最好。该团队于8月14日在ACS Nano上公布了结果。

研究人员说：“原子层沉积本身并不新鲜，但以前从未用这种方法来修饰膜。这是一种前沿技术，涂层的厚度只有几纳米。如果涂层比这厚，它会封闭微孔。”

为了在过去创建这一层，人们试图通过使纳米粒子流过膜或在膜上生长来将纳米粒子附着到膜上。但是当水流过这些系统时，颗粒往往会被扯掉。原子层沉积是不同的，因为在这种情况下，金属氧化物膜与其所粘附的聚合物形成强化学键。在原子层沉积过程中，膜暴露于一系列蒸汽，这些蒸汽将分子粘在一起，与聚合物形成共价键。

氧化锡和氧化钛与水分子形成最紧密的键，捕获它们并将它们分层在表面上。

对于石油和天然气工业而言，污垢膜可能是代价高昂的麻烦。例如，当石油公司在水力压裂过程中更换堵塞的过滤器时，他们必须关闭他们的设备以进行更改，像这样的耐油膜可以显著减少更换过滤器的需求和产生的停机时间，这代表了巨大的节约。

该行业中的另一个问题涉及用于压裂的水，其通常从存在的油、盐和其他污染物返回地面。如果受污染的水对含水层构成威胁，则不能将其返回地面，因此行业通常必须找到另一种水处理方式。

现在使用的膜可以去除其他污染物，但它们会被油污染。原子层沉积过程可防止膜堵塞，从而更好地过滤通过它们的水。

该方法还可以帮助石油泄漏清理工作。在溢油应急中，柴油燃料被用作管道和容器上的清洁剂，这留下了混有油和污垢的柴油的浪费。用氧化物处理的管道和容器表面可以清洗干净。

文献链接： Hao-Cheng Yang et al. Crude-Oil-Repellent Membranes by Atomic Layer Deposition: Oxide Interface Engineering, ACS Nano (2018). DOI: 10.1021/acsnano.8b04632

来源： 美国能源部阿贡国家实验室 由智识咨询编译