油水乳化液是由兩種或兩種以上互不相溶的液體在表面活性劑分散作用下形成的混合物。由于分散液滴尺寸小、穩(wěn)定性高，乳化液高效分離已成為油水分離領(lǐng)域的難點。因此，開發(fā)新型乳化液分離材料、研究材料介入條件下乳化液滴穩(wěn)定性，受到科研人員的關(guān)注。目前報道的大部分材料可以實現(xiàn)對單一特定乳化液的分離，而材料表面荷電情況對乳化液滴的穩(wěn)定性有待深入研究。
 

　　近期，中國科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所分離材料與技術(shù)團隊以玻璃纖維為基材，通過表面引發(fā)硫磺基三組分反應(yīng)將聚乙烯亞胺(PEI)接枝在纖維表面，并通過濕法成型工藝獲得了具有納米-微米多層級結(jié)構(gòu)的纖維基分離膜材料。分離膜在改性前后表面潤濕性基本保持一致，均具有表面超親水、水下超疏油特性，但改性后的分離膜表面帶正電荷(Zeta電位為+17.3mV)，對非離子(失水山梨醇單油酸酯聚氧乙烯醚，Tween 80)、陰離子(十二烷基硫酸鈉，SDS)和兩性離子(十二烷基二甲基甜菜堿，BS-12)表面活性劑穩(wěn)定的水包油(O/W型)乳化液均能實現(xiàn)有效分離，最高分離效率達到95.4%；而對于陽離子表面活性劑(十六烷基三甲基溴化銨，CTAB)穩(wěn)定的乳化液分離效率僅為31.8%。基于上述實驗結(jié)果，該研究提出了靜電/氫鍵輔助聚集誘導(dǎo)破乳分離機理：富含胺基且?guī)щ姾傻睦w維材料可通過靜電或氫鍵作用吸附表面活性劑分子，從而破壞乳化液的穩(wěn)定性，使得小油滴聚集成為大油滴并在水面漂浮，實現(xiàn)對SDS、BS-12和Tween 80等表面活性劑穩(wěn)定的乳化液分離；由于纖維和CTAB穩(wěn)定的乳化液滴均帶有正電荷，而二者之間的靜電斥力難以破壞該類表面活性劑分子在油水界面的聚集狀態(tài)，因此對其穩(wěn)定的乳化液無法實現(xiàn)有效破乳(如圖)。這一機理已在乳化含油污水資源化利用領(lǐng)域得到驗證，并應(yīng)用于日處理500m3油水混合物的工程化裝置。
 

　　相關(guān)研究成果發(fā)表在《美國化學(xué)學(xué)會應(yīng)用高分子材料》(ACS Applied Polymer Materials，2023, 5(9): 6886-6896)上。研究工作得到中國科學(xué)院“西部之光”人才培養(yǎng)計劃和新疆維吾爾自治區(qū)自然科學(xué)基金等的支持。
 

靜電/氫鍵輔助聚集誘導(dǎo)破乳油水分離示意圖