Разработана улучшенная мембрана из PVDF для извлечения из воды масла и нефти

Вода и нефть могут ограниченно смешиваться и создавать трудноразделимую субстанцию, способную нанести огромный, долговременный экологический ущерб природе при техногенных происшествиях. Текущие стратегии по снижению вреда включают в себя сжигание масла на месте или использование механических устройств, таких как заградительные боны, или применение абсорбирующего материала. На практике эти методы дороги и не очень эффективны, особенно при очистке крупных разливов нефти. Поэтому задача по разделению таких сред, равно как и очистка сточных вод от масел относится к монументальным.

В исследовательской работе, опубликованной 22 марта - Всемирном дне воды, назначенном ООН, - инженеры и физики из университета Тафтса описали, как они разработали недорогую мембрану, способную быстро отфильтровывать масло из воды и нефтяных смесей без загрязнения самой мембраны.

«Фильтрация — это простой, энергоэффективный метод очистки воды, который может быть эффективным способом очистки от разливов нефти», - говорит Айсе Асатекин, доцент университета Тафтса и автор исследования, опубликованного в журнале ACS Applied Polymer Materials. «Разделительная мембрана является относительно недорогой и многоразовой, а технология очистки базируется на небольшой площади. Благодаря нашему сотрудничеству мы разработали новый фильтрующий материал, который может выполнять разделение и поддерживать высокую скорость потока, не загрязняясь при накоплении масла."

К счастью, природа предоставляет некоторые примеры материалов, которые по-разному взаимодействуют с водой и маслом.

«Возьмите, к примеру, лист лотоса», - говорит Садеги, аспирант из лаборатории Асатекина и первый автор исследования. «Поверхность листа является гидрофобной, что означает, что она удерживает воду настолько эффективно, что лист никогда не намокает - вода просто скатывается на поверхности. Но она также очень олеофильна - если мы поместим органическую жидкость, такую как масло, на поверхность, она быстро распространиться по всему листу. Моделируя природу, мы можем разработать химию поверхности и создать водоотталкивающие суперолеофильные фильтрующие материалы».

Лист лотоса обладает своими свойствами благодаря комбинации восковой химии и наноструктурной текстуры поверхности. Текстурированная поверхность задерживает воздух в крошечных карманах, что затрудняет контакт воды с листом из-за высокого поверхностного натяжения воды, образующего капли. Создание масляной фильтрующей мембраны может использовать подобную комбинацию химического состава поверхности и текстуры для отделения масла от воды.

Листья лотоса послужили источником вдохновения для нового фильтрующего материала: они гидрофобны, не допускают попадания воды, поэтому лист никогда не намокает, а также олеофильны, поэтому органические жидкости, такие как масло, быстро растекаются по листу лотоса.

Исследовательская группа создала материал, сочетающий водоотталкивающую химию и текстуру с использованием технологии получения нитей методом электроформования - электроспиннинга. В ней электрически заряженный поток жидкого полимера выходит из отверстия очень узкой иглы и осаждается в виде тонкой нити на поверхности мишени, образуя нетканое, пористое полотно из волокон.

Используемый группой полимер представлял собой гидрофобный фторполимер поливинилиденфторид, который в виде случайно переплетенных волокон задерживает в своей структуре воздух также как лист лотоса и препятствует тем самым проникновению воды. Напротив, маслянистые и органические вещества протекают мимо волокон фторопласта и через мембрану в целом.

«Мы создали этот мембранный материал, смешав обычную полимерную матрицу, используемую в фильтрах - поливинилиденфторид или PVDF, - с функциональным полимером; мы называем это PFDMA», - говорят авторы. «Мы можем изменить поведение фильтрующей мембраны, изменив природу функционального полимера».

В нашем случае тип функционального полимера придает мембранам некоторые идеальные свойства: масло и органические химические вещества очень быстро проходят через мембрану, в семнадцать раз быстрее, чем через мембрану ПВДФ без присадки, а вода задерживается.

Масло отводящие мембраны PVDF-PFDMA, которые пропускают масло и органические растворители, не загрязняются, как это делают водоотталкивающие мембраны, и поэтому могут применяться для долгосрочных промышленных решений. Использование разных аддитивных полимеров может настроить свойства фильтра для самых различных применений: от очистки разливов нефти до очистки воды.

Источник: https://phys.org/

Другие ссылки по теме:

Posted on 28 Mar 2019 by Павел Захаров

НОВОСТИ О ФТОРОПЛАСТАХ

Разработана улучшенная мембрана из PVDF для извлечения из воды масла и нефти