北京交通大学张如炳：FPI-SiO2纳米纤维膜的制备及其在油水乳液和重油分离中的应用

DOI: 10.1016/j.jece.2022.107470

超润湿纤维膜在分离油水混合物和轻质油水乳液方面得到了广泛的研究。然而，制备用于高粘度和高密度重油的可重复使用油水分离膜仍然是一项极具挑战性的任务。在此，研究者采用静电纺丝法结合表面改性制备了用于重油分离的超疏水、柔性、可折叠聚酰亚胺（PI）纳米纤维膜，在纤维表面建立了稳定的纳米级粗糙度。结果表明，气相二氧化硅和1H,1H,2H,2H-全氟辛基三氯硅烷（PFTS）改性纤维膜不仅具有优异的机械稳定性，而且还具有超高的油水选择性和分离性能。所制备的PI纤维膜在使用和不使用乳化剂稳定的情况下均表现出3904.7L·m-2·h-1和22474.7L·m-2·h-1的超高重力驱动轻油水乳液分离通量，25KPa下重油通量可达271.36L·m-2·h-1。机械坚固且可重复使用的PI纤维膜具有高效的油水乳液和重油分离性能，在含油废水和溢油处理等实际应用中彰显出巨大的潜力。

图2.（a）纯PI，（b）PI-0.3和（c）FPI-0.3膜的SEM照片；（d）PI/PI-SiO2/FPI-SiO2膜的FT-IR光谱；（b）PI/PI-SiO2/FPI-SiO2膜的XPS光谱。

图4.（a）轻油和（b）重油以及水在FPI-0.3膜表面的润湿照片；（c）FPI-0.3膜在空气中与水滴接触以及经油渗透后的示意图。示意图中，θ为水接触角，Rm为弯月面半径，γ为液体表面张力。

图5.（a）FPI-SiO2膜在重力作用下的纯正己烷通量；（b）重力条件下FPI-0.3膜的各种油水乳液通量和滤液纯度；（c）乳化剂稳定的正己烷-水乳液和石油醚/水乳液分离前后的照片；（d）正己烷-水乳液的循环通量和分离效率；（e）FPI-0.3膜在10次分离测试前后的拉伸强度和（f）SEM图像；（g）FPI-0.3膜在100次折叠前后的通量和滤液纯度以及（h）拉伸强度。

图6.（a）重油粘度随温度的变化曲线；（b）重油分离装置示意图；（c）水侵入压力试验装置图；（d）重油水混合物分离过程中不同真空压力下重油的通量和滤液纯度；（e）重油循环分离通量；（f）FPI-0.3膜在室温和高温下的拉伸强度。

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