構建一種具有納米孔的高度柔韌、穩(wěn)定、耐用的超疏水木膜

研究背景

近年來，日常生活和工業(yè)生產(chǎn)排放的大量含油廢水以及油輪泄漏等問題對環(huán)境、生態(tài)乃至人類健康造成了極大的危害。與不混溶的油/水混合物相比，穩(wěn)定的油/水乳液更難分離，這是由于其具有超小尺寸的液滴（小于20微米）和穩(wěn)定的體系。因此，快速有效地分離穩(wěn)定的油/水乳液仍然是一個全球性的環(huán)境挑戰(zhàn)。具有特殊超潤濕性的膜分離方法由于具有效率高、易于加工等特點，而被認為是一種理想的油水乳液分離技術。

目前，多種分離膜已經(jīng)被開發(fā)，并成功用于分離油水乳液，包括金屬網(wǎng)基膜和聚合物基膜。然而，這些類型的膜產(chǎn)品降解率低，生產(chǎn)過程中易產(chǎn)生有毒物質，對環(huán)境和人類健康造成危害。同時，這類膜也存在制備過程復雜、分離效率低、生產(chǎn)成本高等問題。因此，迫切需要尋找一種綠色、經(jīng)濟和可再生的超潤濕膜達到快速有效分離穩(wěn)定的油/水乳液的目的。

生物質材料是可再生且豐富的天然材料，生物質資源的高效能源化利用對減少碳排放，實現(xiàn)碳中和具有重要的意義。生物質材料為膜基材提供了一種簡單而環(huán)保的替代品。木材是一種綠色可再生、可生物降解、價格低廉、資源豐富的資源，由于其具有固有的分級多孔結構和獨特的化學成分，對其進行開發(fā)制備功能復合材料有望實現(xiàn)更廣泛的應用，例如用于透明窗戶、輕質結構材料、油水分離、太陽能蒸發(fā)和水處理等。傳統(tǒng)的木質分離材料由于其孔徑較大（大于20微米），分離穩(wěn)定的油水乳液方面效果不佳。

目前，研究者利用木材獨特的層次結構和高孔隙率，將其作為模板進行堿處理用于油水乳液分離，然而，經(jīng)過化學處理后，木膜的力學性能和水穩(wěn)定性較差，極大的限制其在環(huán)境修復方面的應用。

成果簡介

為了解決這些問題，南京林業(yè)大學李建章教授團隊和香港城市大學張其春教授通過脫木素和分子交聯(lián)技術構建了一種具有納米孔的高度柔韌、穩(wěn)定、耐用的超疏水木膜（聚二乙烯基苯木膜）。該材料在穩(wěn)定油/水乳液的快速高效分離方面具有巨大的應用潛力。本研究制備的功能木膜具有柔韌性、耐用性、穩(wěn)定性和超疏水性，為設計和制造用于分離穩(wěn)定的油包水乳液的功能性木質膜提供了新的見解。

與以前的方法相比，本研究具有以下優(yōu)點：

（1）制備了一種兼具耐用性、柔韌性和超疏水性的木質膜，用于分離穩(wěn)定的油/水乳液；

（2）通過分子交聯(lián)技術提出了一種制備具有納米孔的較大木材材料的普適性方法，并為木材改性提供了一種新的功能化策略；

（3）通過木材納米技術，將大型、廉價和天然木材轉化為可持續(xù)功能材料，從而使功能性木膜的大規(guī)模生產(chǎn)成為可能，也為全球碳中和做出了貢獻。

該研究工作近期以“Durable, flexible, and super-hydrophobic wood membrane with nanopore by molecular cross-linking for efficient separation of stabilized water/oil emulsions”為題發(fā)表在EcoMat上，南京林業(yè)大學副教授蔡亞輝為第一作者，南京林業(yè)大學田丹教授、李建章教授和香港城市大學張其春教授為論文通訊作者。該工作得到了國家自然科學基金委、江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新項目、香港城市大學啟動經(jīng)費等項目的資助。

審核編輯：劉清