构建异质润湿性纳米纤维膜：高效炼油的创新突破

在制药和化工领域，CHCl3和 CH2Cl2萃取过程中产生的水包油乳液分离困难。研究人员构建了含亲水性微区的超疏水纳米纤维膜。该膜分离效率高、稳定性好，为炼油领域高性能纳米纤维设计提供了思路。

　　在制药和化工行业中，氯仿（CHCl₃）和二氯甲烷（CH₂Cl₂）常被用作萃取剂，然而在萃取过程中极易产生水包油乳液。这些乳液若直接排放，不仅会造成资源浪费，还会对环境造成严重破坏。传统的水包油乳液分离技术，如气浮、高压静电和高频脉冲等，存在能耗大的问题，不利于大规模推广应用。

近年来，受自然界启发的超润湿膜为乳液分离带来了新的希望。但传统聚合物膜在有机溶剂中稳定性差，且难以分离纳米级水滴，尤其是在分离水包氯仿或水包二氯甲烷乳液时，面临着巨大挑战。比如，乳化后的水滴因表面活性剂作用，直径极小，这使得分离难度大幅增加。为了解决这些难题，研究人员开展了构建异质润湿性纳米纤维膜用于高效炼油的研究。国内研究人员通过不懈努力，成功制备出具有溶剂耐受性的超疏水纳米纤维膜，且该膜含有亲水性微区。研究成果发表在《Advanced Membranes》上，为炼油领域带来了新的突破。

研究人员主要运用了两种关键技术方法。一是共轴静电纺丝技术，通过该技术将高吸水性聚丙烯酸钠（SAPs）颗粒均匀分散在纳米纤维之间，构建出具有特殊结构的膜；二是化学交联技术，利用 1,6 - 己二胺（HMDA）与聚酰亚胺（PI）中的酰亚胺进行交联反应，增强膜在有机溶剂中的稳定性 。

下面来看看具体的研究结果：

• 制备膜的微观结构：通过静电纺丝技术制备了五种不同类型的纳米纤维膜。PI - AS 膜的纳米纤维光滑，直径约 250 ± 50nm。PDMS - co - PI - AS 膜表面因 PDMS 单体自聚集形成微球，粗糙度增加，纤维直径减小到 100 ± 20nm，孔径也减小。引入 SAPs 后，其在膜的支撑层与纳米纤维缠绕，使孔径增大，同时增加了孔隙率和粗糙度。经 EDS 分析可知，PDMS 均匀涂覆在纳米纤维上，且 SAPs 成功引入膜的支撑层，该层主要由疏水区域和一些亲水微区组成。此外，通过 1,6 - 己二胺（HMDA）与 PI 上的酰亚胺交联反应，增强了膜的耐溶剂性，交联后的膜在有机溶剂中浸泡后形态稳定。
• 制备膜的表面性质：从 FTIR 光谱和 XPS 光谱分析可知，PDMS 成功引入纳米纤维膜，交联反应后膜的化学结构发生变化。PI - AS 膜亲水，水接触角（WCAs）为 51.7° ；PDMS - co - PI - AS 膜的 WCAs 增加到 158.9° ，引入 SAPs 后接触角有所下降，交联后进一步下降。引入 SAPs 使膜的极性和非极性成分同时增加，形成类似沙漠甲虫背部的结构，产生不平衡力，促进油滴在疏水区域的润湿速度，使膜具有更好的超亲油性。
• 制备膜的性能：PI - AS 膜分离水包氯仿乳液效率低，PDMS - co - PI 膜分离效率有所提高，引入 SAPs 后，SAPs - PDMS - co - PI - AS 膜的渗透通量和分离效率进一步提升，交联后 C - SAPs - PDMS - co - PI - AS 膜对水包氯仿和水包二氯甲烷乳液仍具有优异的分离性能，且在多种有机溶剂中稳定。该膜对不同类型的油包水乳液分离性能良好，经过 20 次循环测试，分离性能稳定，其性能优于大多数已报道的膜。

研究结论表明，利用共轴静电纺丝技术和化学交联技术成功开发出了具有亲水性微区的耐溶剂超疏水纳米纤维膜。聚二甲基硅氧烷（PDMS）使纳米纤维膜从超亲水性转变为超疏水性，高吸水性树脂 SAPs 能够吸收纳米级水滴，同时与周围疏水区域形成润湿梯度，显著提高了膜的渗透性和截留率。该膜在不同类型乳液分离中表现出色，可在恶劣的有机环境中稳定运行，拓宽了 PI 纳米纤维膜的应用范围。这项研究为炼油领域高性能纳米纤维的设计提供了宝贵的参考，有望推动相关行业的技术进步，在实际生产中实现更高效、环保的炼油过程。