膜分離工藝的案例
氨基酸分離純化的膜分離工藝
在這種形式下，
膜分離技術以其節能、高效、無相變的特點
，在氨基酸發酵液的澄清除菌體、母液除鹽和濃縮、氨基酸產品精制等方面，正在成為開發和應用的熱點之一。
大多數發酵液的除菌過濾仍采用板框、真空轉鼓、離心機、硅藻土機等傳統固液分離設備。這些方法只能將發酵液中的菌絲體、固體雜質等固體物予以粗分離，同時又無法將發酵液中大量存在的可溶性蛋白、膠體、雜質多糖、微小顆粒不溶物等予以分離，濾液透光率低，提高了對后序工藝的提取難度，并且會影響最終成品質量與收率；同時這些傳統工藝存在著提取步驟多、勞動強度大，產品收率低等缺點，以無機陶瓷膜技術為基礎的新一代流體分離工藝以其獨有的技術優勢，逐漸成為解決這一難題的最佳途徑之一。
蘇氨酸發酵液提取中的應用
蘇氨酸發酵液中存在著大量的菌體和雜蛋白,這些物質的存在使蘇氨酸收率和結晶質量下降。因此,在進行蘇氨酸結晶前必須先將其除去。傳統工藝主要采用絮凝法，通過絮凝劑使菌體沉淀。由于發酵液中菌體含量高,絮凝劑使用量大，而絮凝劑又有很強的吸附作用,在吸附沉降過程中部分氨基酸被吸附，降低了蘇氨酸收率;同時又引入新的雜質，導致后續工藝處理難度加大。采用陶瓷膜分離發酵液內菌體，既可避免絮凝劑的使用，減輕后續工藝的處理壓力，同時操作便捷，適用大規模工業化生產。
色氨酸發酵液提取純化中的應用
在傳統的色氨酸提取工藝中,需要在板框過濾時添加硅藻土,而硅藻土收取率大約為85%,板框過濾硅藻土的回收價值很低。傳統的色氨酸提取工藝能耗大,成本高,色氨酸的整體提取率還達不到80%,因此必須進行優化。
展開 廣州大學林璟團隊《CEJ》:實現含細菌/染料/油復雜污水的一步分離和分離膜抗污染策略
石油的泄漏、工業含油污水排放造成的油污染會導致水資源的惡化，迫切需要開發高效的分離材料進行水的分離凈化。近年來，超親水性和水下超疏油膜在分離水體中含油污染物顯現出獨有的優勢。然而，工業廢水和家庭污水中含有更加復雜的污染成分，如：印染企業排放的污水中含有大量的高毒性、致癌的有機染料，生活污水中存在著多種細菌群落等微生物。在現實生活中，上述三種細菌/染料/油污染物通常會交匯排放形成復雜的污水，這對分離凈化技術增添了極大的困難，一般需要通過多步處理，耗時費力，很難采用一步膜分離法進行完理。此外，細菌/染料/油污染物在分離過程中都容易黏附在分離膜的表面，造成膜的極大污染和分離通量的下降。因此，設計出一種能夠一步分離含細菌/染料/油的復雜污水，且能夠抗細菌/染料/油黏附污染的復合膜，具有重要的科學研究意義和工業應用價值。
圖1 一種實現含細菌/染料/油復雜污水的一步分離和抗膜污染策略
廣州大學林璟副教授研究團隊以解決現階段存在的膜功能單一和膜污染問題為導向，基于特異潤濕選擇性、吸附與光催化降解、抗黏附技術理論基礎，首先通過水熱合成法在工業級PVDF膜表面生長納米級ZnO/Ag復合粒子，進一步將自制的多功能水凝膠共聚物P(DMAPS-AM-MBA-MAA)噴涂于 PVDF@ZnO/Ag膜表面，成功構筑了一種能夠實現細菌/染料/油復雜污水的一步分離的抗黏附污染H-PVDF@ZnO@Ag復合膜(圖1)。
展開 膜分離技術...
與常用的冷凍干燥和蒸發脫水濃縮等工藝比較，反滲透法脫水濃縮成本較低，而且產品的療效、風味和營養等均不受影響。
（3）印染、食品、造紙等工業中用于處理污水，回收利用廢業中有用的物質等。
工業中的反滲透裝置
4納濾技術
納濾膜是八十年代在反滲透復合膜基礎上開發出來的，是超低壓反滲透技術的延續和發展分支，早期被稱作低壓反滲透膜或松散反滲透膜。目前，納濾膜已從反滲透技術中分離出來，成為獨立的分離技術。
納濾膜的孔徑為納米級，介于反滲透膜(RO)和超濾膜(UF)之間，因此稱為“納濾“，彌補了兩者之間的空白。
納濾膜的表層較RO膜的表層要疏松得多，但較UF膜的要致密得多。因此其制膜關鍵是合理調節表層的疏松程度，以形成大量具納米級的表層孔。
納濾膜主要用于截留粒徑在0.1～1nm，分子量為1000左右的物質，可以使一價鹽和小分子物質透過，具有較小的操作壓（0.5～1MPa）。
納濾技術的應用領域
納濾技術最早也是應用于海水及苦咸水的淡化方面。由于該技術對低價離子與高價離子的分離特性良好，因此在硬度高和有機物含量高、濁度低的原水處理及高純水制備中頗受矚目；在食品行業中，納濾膜可用于果汁生產，大大節省能源；在醫藥行業可用于氨基酸生產、抗生素回收等方面；在石化生產的催化劑分離回收等方面更有著不可比擬的作用。
5離子交換膜
離子交換膜的分類
1、按可交換離子性質分類
離子交換膜按其可交換離子的性能可分為陽離子交換膜、陰離子交換膜和雙極離子交換膜。這三種膜的可交換離子分別對應為陽離子、陰離子和陰陽離子。
2、按膜的結構和功能分類
按膜的結構與功能可將離子交換膜分為普通離子交換膜、雙極離子交換膜和鑲嵌膜三種。
展開 膜分離技術...
與常用的冷凍干燥和蒸發脫水濃縮等工藝比較，反滲透法脫水濃縮成本較低，而且產品的療效、風味和營養等均不受影響。
（3）印染、食品、造紙等工業中用于處理污水，回收利用廢業中有用的物質等。
工業中的反滲透裝置
4納濾技術
納濾膜是八十年代在反滲透復合膜基礎上開發出來的，是超低壓反滲透技術的延續和發展分支，早期被稱作低壓反滲透膜或松散反滲透膜。目前，納濾膜已從反滲透技術中分離出來，成為獨立的分離技術。
納濾膜的孔徑為納米級，介于反滲透膜(RO)和超濾膜(UF)之間，因此稱為“納濾“，彌補了兩者之間的空白。
納濾膜的表層較RO膜的表層要疏松得多，但較UF膜的要致密得多。因此其制膜關鍵是合理調節表層的疏松程度，以形成大量具納米級的表層孔。
納濾膜主要用于截留粒徑在0.1～1nm，分子量為1000左右的物質，可以使一價鹽和小分子物質透過，具有較小的操作壓（0.5～1MPa）。
納濾技術的應用領域
納濾技術最早也是應用于海水及苦咸水的淡化方面。由于該技術對低價離子與高價離子的分離特性良好，因此在硬度高和有機物含量高、濁度低的原水處理及高純水制備中頗受矚目；在食品行業中，納濾膜可用于果汁生產，大大節省能源；在醫藥行業可用于氨基酸生產、抗生素回收等方面；在石化生產的催化劑分離回收等方面更有著不可比擬的作用。
5離子交換膜
離子交換膜的分類
1、按可交換離子性質分類
離子交換膜按其可交換離子的性能可分為陽離子交換膜、陰離子交換膜和雙極離子交換膜。這三種膜的可交換離子分別對應為陽離子、陰離子和陰陽離子。
2、按膜的結構和功能分類
按膜的結構與功能可將離子交換膜分為普通離子交換膜、雙極離子交換膜和鑲嵌膜三種。
展開 
最全膜分離技術詳解
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膜技術在制藥工業的應用
膜技術廣泛應用于生物制備和醫藥生產中的分離、濃縮和純化。如血液制備的分離、抗菌素和干擾素的純化、蛋白質的分級和純化、中草藥劑的除菌和澄清等。發酵是生物制藥的主流技術，從發酵液中提取藥物，傳統工藝是溶劑萃取或加熱濃縮，反復使用有機溶劑和酸堿溶液，耗量大，流程長，廢水處理任務重。特別是許多藥物熱敏性強，使傳統工藝的實用性多受限制。國際先進的制藥生產線，大量采用膜分離技術代替傳統的分離、濃縮和純化工藝。如以膜設備濃縮純化抗生素、中藥湯及中藥針劑澄清等。
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膜技術在食品領域工業的應用
利用超濾膜技術把發酵液中產品和菌體分離，再采用其它方法精制流程。其優點是：生產效率和產品質量提高；簡化了工藝流程；菌體蛋白不含外加雜質，利用價值高，達到資源綜合利用。醬油、醋的澄清、果汁澄清和濃縮、乳制品生產、制糖工業都采用了膜技術。
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膜技術在各種工業生產中的應用
凡是涉及分子級的濃縮和分離的過程，都有膜技術應用的機會。汽車電泳漆的在線純化采用超濾膜除去雜質，持續保證涂漆質量；燃料工業用超濾膜技術分離和濃縮中間體。
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在環境保護和水資源化的應用
膜技術在廢水處理、污染防治和水資源綜合利用方面得到廣泛應用。
展開 【分析實例】聚合物膜中相分離過程的模擬
使用平均場模型評估NIPS(非溶劑誘導相分離)過程
溶劑蒸發和相分離是聚合物膜生產中的重要過程。模擬被用于評估相互作用、初始條件等對膜內部結構的影響。在J-OCTA和OCTA案例中，耗散粒子動力學(DPD)、粗粒化MD和平均場方法應用于定向自組裝(DSA)[1]、電極漿料涂層[2]和旋轉涂層[3]。NIPS(非溶劑誘導相分離)是一種生產細多孔膜的技術。在近期發表的幾篇論文中，考慮了流體力學效應[4]、DPD[5]、SCFT[6]、聚合物組分的玻璃化轉變[7,8]、粘彈性[9]和嵌段共聚物[10]的多尺度計算，詳見文末的參考文獻。本文給出了MUFFIN模塊中平均場的2D樣例：本例基于Flory Huggins自由能模型，參數取自參考文獻[4][6]。如圖1所示，計算域的上半部分為非溶劑，下半部分為含有聚合物、溶劑和非溶劑混合物的膜。當動力學計算開始時，非溶劑滲透到膜的下半部分；而膜中的溶劑擴散到上半部分。由于聚合物可溶于溶劑，但不溶于非溶劑，因此會發生相分離。以這些計算結果為基礎，就能將參考文獻中討論的效應考慮在內。
圖1.考慮NIPS過程的聚合物膜中相分離的時間演變，綠色和藍色區域分別代表聚合物和非溶劑組分
參考文獻：
[1] https://www.j-octa.com/cases/caseA26/
[2] https://www.j-octa.com/cases/caseA36/
[3] https://octa.jp/components/muffin/
[4] Soft Matter,13, 3013, (2017)
[5] J.
展開 《Science》：浙大成功研發具有圖靈結構的新型分離膜！
最近，長期從事膜科學研究的浙江大學化學工程與生物工程學院張林教授團隊把圖靈結構與膜研究結合起來，第一次在薄膜上制造出了納米尺度的圖靈結構。這項首次面向應用領域構建圖靈結構的研究成果，于北京時間5月4日發表在國際頂級期刊《科學》上。
浙江大學化學工程與生物工程學院2014級博士生譚喆為本文的第一作者，張林教授為本文的通訊作者。化學工程與生物工程學院陳圣福教授、化學工程與生物工程學院兼職教授高從堦院士和浙江大學材料科學與工程學院彭新生教授合作參與了課題研究。
減慢反應物的擴散“步伐”
界面聚合制備超薄分離膜技術從上個世紀80年代問世沿用至今，已經相當成熟，但同是界面聚合制備的納濾膜和反滲透膜雖然制備工藝和反應機理完全一致，但兩者的表面結構卻差異很大：納濾膜表面光滑，而反滲透膜表面呈峰谷結構，較為粗糙。
為什么會有如此明顯的差別？至今沒有明確的定論，也未有深究這個問題。
張林團隊決定對這個被“忽視”的問題進行深入研究。在深究差異原因時，他們發現界面聚合過程屬于典型的“反應-擴散”體系。這個令人興奮的發現，讓他們很快聯想到了圖靈結構的形成條件。“我們在分析差異原因的過程中就在想，有沒有可能把納濾膜做成圖靈結構？”
圖靈結構是指，在開放的遠離平衡的反應擴散系統中，因擴散作用引發系統失穩形成的一種化學物質濃度按照空間周期性變化的靜態濃度圖案，也被稱為“圖靈斑圖”。
圖靈結構產生的必要條件，就是兩個反應物的擴散系數之差要達到一個數量級以上。研究團隊想要尋找到一種方法改變反應物的擴散系數差異，使其能滿足這個條件。“現在兩個反應物的擴散已經一快一慢，但尚未達到產生圖靈結構的要求，這就要讓擴散系數小的變得更小，拉大兩者的差距。”
展開 《Nature Energy》：電化學合成MOF膜，助力工業化輕烴分離！
尤其是基于富馬酸鹽 (fum) 的膜 Zr-fum-fcu-MOF和Y-fum-fcu-MOF，作為孔系統的唯一入口，表現出對丙烯/丙烷和丁烷/異丁烷混合物的高效篩分。同時，將進料壓力增加到7個大氣壓的工業化環境，總通量和分離選擇性的性能都能提高。工藝設計分析表明，對于丙烯/丙烷分離，在混合膜蒸餾系統中安裝這種面心立方富馬酸鋯基金屬有機骨架膜，有可能將能量輸入降低近90%。
圖1. 網狀fcu-MOFs和fcu-MOF薄膜的設計合成
圖2. 制備的fcu-MOF薄膜的SEM圖像和XRD
圖3. fcu-MOF薄膜的氣體分離性能
圖4. 實際條件下Zr-fum-fcu-MOF薄膜的分離性能
圖5. 蒸餾與混合膜蒸餾系統的技術經濟分析對比
總之，本文為了解決具有挑戰性的輕烴分離問題，通過構建具有穩定固有分子篩分特性的連續和無缺陷fcu-MOF膜，成功證明了網狀化學與電化學合成方法的合理設計組合。根據技術經濟分析，此類膜能夠提供約90%的節能潛力和67%的成本節約。這項工作中引導假設和實踐的成功結合的快速和高通量篩選方法，有助于探索之前未探索的多晶MOF薄膜。廉價，簡便和溫和的膜制造過程為大規模生產提供了前景，使MOF薄膜更接近實際應用和為可持續能源的未來做出貢獻。（文：Doublenine）
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展開 利用簡易方法制備穩定的具有微納結構的ZIF-8高效油水分離膜
研究高效油水分離材料和技術具有重要的科學意義和應用價值。
傳統的油水分離方法（離心法、吸附法、浮選法等）能耗高、占地面積大、用時長、分離效率低。近年來，膜分離技術不斷發展，是當前對含油污水進行處理的有效技術，其具有分離設備簡單、能耗低的優點。隨著仿生學的研究發展，人們從荷葉、魚鱗等自然結構中不斷受到啟發，超疏水膜，水下超疏油膜等逐步成為研究熱點。
然而，常用的有機膜在高溫環境，或者接觸各種有機溶劑后，會降低其油水分離性能，而多數無機膜的制備工藝又比較復雜。因此，如何用簡單的方法，構筑穩定的微納結構，實現高分離率和高通量性能，并可大面積制備的油水分離膜仍然是個挑戰。
基于此，吉林大學薛銘研究團隊以金屬有機骨架材料（Metal Organic Framework, MOF）這類新型晶體材料為研究對象。在常溫常壓條件下，以不銹鋼網為載體，成功地制備出ZIF-8分離膜。由于ZIF-8膜的表面具有粗糙的微納結構（圖1a?c），顯示出優異的水下超疏油性能。
圖1（a，b）ZIF-8膜的SEM圖；（c）ZIF-8膜的AFM圖；（d）生長了ZIF-8納米晶的金屬網具有水下超疏油的性質。
在水中時，水分子優先被捕獲到膜表面的MOF微納結構中，形成連續的水層，這層液膜允許水相靠重力快速通過，而對油相產生強的排斥力，從而實現高效油水分離。
該MOF分離膜可以高效地分離多種油水混合物，油水分離效率高達99.99%，水中殘油量低于4 ppm，同時該膜具有較高的水通量10.2×104 L m?2h?1，以及很好的耐壓性6400 Pa。
圖2（a，b）ZIF-8膜油水分離過程圖；（c, d）經過高溫和有機溶劑處理后，ZIF-8膜仍保持良好的水下疏油性能。
展開 青科大閆業海教授課題組在高性能聚合物分離膜方面取得系列進展
膜分離技術因其低能耗、低成本、分離效率高等優點，成為獲取水資源的主要技術。近年，青島科技大學閆業海教授及課題組內張廣法副教授、高愛林副教授在開發新型高效分離膜材料方面開展了大量工作，并取得系列進展。
在海水淡化用分離膜領域，為進一步提高膜的脫鹽效率和產水率，課題組分別研究了雙疏型蒸餾用膜和高效界面光熱轉換膜。針對膜蒸餾技術中，單一疏水型聚合物膜容易被含有機溶劑或表面活性劑的原料液潤濕，進而導致膜污染和截鹽率下降的問題，課題組巧妙利用NIPS法制膜過程中易于得到的互穿網絡膜孔結構提供構建雙疏表面的倒懸結構。獲得的疏水疏油聚砜膜對水和有機溶劑均表現出抗浸潤性，延長膜蒸餾使用周期（見圖1）。
圖1雙疏型聚砜膜的形貌、浸潤性與膜蒸餾性能
該研究成果發表于膜領域top期刊Journal of Membrane Science，第一作者為碩士生范慧琴。
原文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.memsci.2020.117933
界面光熱轉換膜可利用太陽能作為加熱源，實現對海水的蒸發收集。其中提高光熱轉換界面層的光熱轉換效率是提高水蒸發速率的關鍵。課題組將還原氧化石墨烯（rGO）包覆的聚苯乙烯微球沉積于聚砜膜表面，構建具有高度粗糙結構的rGO吸光層，進一步提高了膜表面對太陽光的吸收效率（96%），水蒸發速率可提高至1.86 kg m-2h-1，見圖2。
展開 華南理工Science子刊：電驅動制備剛性MOF膜實現丙烯丙烷高效分離
相比而言，膜分離是一種更高效節能的方法，其可節省超過80%的能耗。其中，多孔膜分離可以基于分子尺寸差異對混合物進行有效篩分，然而丙烯和丙烷的尺寸極為相近，其動力學直徑僅相差0.02納米，對其實現高效膜分離是一個極大的挑戰。ZIF-8的有效孔徑介于丙烯丙烷分子尺寸之間，理論上可以實現其高效分離。但是受MOF材料配體轉動性限制，使得目前ZIF-8膜對丙烯丙烷的分離選擇性仍不夠理想，難以一步得到高純度產物，同時ZIF-8膜的制備方法大多較為繁瑣，限制了其潛在的工業應用價值。
【成果簡介】
近日，華南理工大學王海輝教授課題組報道了一種基于電化學超快速合成的剛性ZIF-8膜的思路，得到了極高的丙烯丙烷分離選擇性。該方法通過電流驅動，可以在十幾分鐘之內超快速制備出連續無缺陷的ZIF-8膜。由于ZIF-8材料是不導電的，因此生成的ZIF-8薄膜可以阻斷基底電流與溶液的接觸，從而抑制膜層的進一步生長，有利于制備出超薄的膜層；而對于膜層中存在缺陷的地方，基底電流與溶液的接觸則不會被阻斷，因此缺陷位置會被驅動繼續生長，直至修復完成，最終實現缺陷自修復的過程。在此基礎上，為了進一步提高ZIF-8膜的分離性能，作者提出了抑制材料柔性的思路。傳統的ZIF-8配體具有轉動性，因此較大的分子仍可以從其窗口中緩慢通過，從而難以得到較高的分離選擇性。在此工作中，作者巧妙地利用了電化學反應界面處的原位電場，使得ZIF-8的組裝過程在電場作用下發生，從而得到一種扭曲的相結構。與普通相結構相比，該扭曲的相結構具有更剛性的骨架結構，表現出更好的分子篩分能力。理論計算表明，剛性相ZIF-8對丙烯丙烷的分離選擇性是普通柔性相的3倍以上。最終，此剛性ZIF-8膜對丙烯丙烷的分離選擇性高達到300以上。
展開 
哈工大（威海）程喜全副教授：用于環境修復的PSS-g-UiO-66增效聚合物分離膜
高性能分離膜技術可以去除染料、抗生素、CO2等分子級別污染物，是解決水污染問題和全球變暖等問題的重要手段。然而，分子分離膜滲透性和選擇性之間的“trade-off”現象是分子分離膜技術規模化去除分子污染物的障礙。近年來，通過納米填料調整聚合物選擇層孔結構的方法引起了廣泛關注，尤其是通過金屬有機框架化合物（MOFs）等材料的有機基團可以提高納米填料與聚合物膜之間的相容性，從而增強膜的滲透性和選擇性。但是，納米粒子的團聚趨勢阻礙了這類膜的規模化制備。
近日，哈爾濱工業大學（威海）程喜全副教授團隊通過在UiO-66上接枝對苯乙烯磺酸鈉（PSS）設計了一種高度分散的納米顆粒（UiO-66-PSS），并將這種納米顆粒分別增效聚電解質納濾膜和PEBA氣體分離膜傳質過程。PSS作為一種帶負電荷的水溶性物質可以促進UiO-66在水相中的分散并減少UiO-66顆粒間的聚集，獲得性能優異的納米復合膜。
圖1.（A）在UiO-66表面接枝PSS鏈的示意圖；（B）高度分散的PSS-UiO-66可實現在水環境修復和二氧化碳捕獲中的高效分離
通過原子轉移自由基聚合（ATRP）技術將PSS接枝到UiO-66上，改善了UiO-66的分散性并調整了改性UiO-66與PEM的聚電解質選擇層之間的相互作用。接枝后，UiO-66-PSS展現出優異的分散性，較小的納米顆粒尺寸和較窄的尺寸分布。
圖2.
展開 哈工大邵路團隊在高效溫室氣體捕集分離膜及納米復合界面評價方向取得突破
膜分離技術是一種能夠實現高效CO2捕集分離的新型低碳技術。聚合物分離膜具有成本低，加工型號等優點，但氣體滲透性能與選擇性之間存在此消彼長的制約關系，即Robeson’s upper bound。然而隨著工業迅速發展，降低碳排放的需求日益倍增，傳統的聚合物分離膜性能逐漸落后。具有超高比表面積，高度規整次納米級孔道結構的金屬有機框架材料（MOFs）的出現為分離膜材料提供了新的機遇。但純的MOF膜合成過程復雜，加工難度大，難以大規模應用，因此催生了MOFs為納米填料的復合分離膜，這種納米復合膜結合了聚合物的優良加工性和MOFs高效的氣體篩分能力，極大地提高了聚合物膜的分離潛力，豐富了分離膜的材料選擇。
日前，哈爾濱工業大學化工與化學學院教授、城市水資源與水環境國家重點實驗室成員邵路團隊基于UiO-66型MOF的合成后表面官能化，制備了具有帶有反應性烯丙基的UiO-66-MA納米顆粒，并將其與帶有雙鍵的PEO大分子單體共混，通過紫外引發自由基交聯得到了具有良好界面結合性能和高效CO2分離能力的納米復合膜。
圖a為納米復合膜的制備過程，圖b為UiO-66-NH2，UiO-66-MA的拓撲結構，圖c為復合膜的3D結構示意
UiO-66-MA與PEO交聯網絡之間的共價連接極大地改善了UiO-66-MA的分散性，促進了CO2在膜內的傳輸。同時良好的界面結合可以避免非選擇性孔洞等缺陷的形成，不會影響復合膜的氣體選擇性。該納米復合膜的CO2滲透通量最高可達1439 Barrer，超越了upperbound及眾多PEO基的CO2分離膜。
展開 哈工大邵路教授等ACS Nano： 可規模化超浸潤膜實現超快油水分離
傳統的撇油、浮選、離心等油水分離方法不足以分離小于5μm的乳化液滴，這對油水分離技術提出了巨大的挑戰。近年來，受生物啟發的超浸潤分離膜的研究對解決該油水混合物尤其是乳液的分離提供了新的思路。其中，開發對100~1000nm范圍內的液滴具有高排斥性的超浸潤膜材料，尤其是超浸潤分離膜規模化制造技術，是解決該問題的核心和關鍵所在。
圖1. a、b為同軸靜電紡絲與普通靜電紡絲過程的對比，c為PVDF-co-PDMS-AS納米纖維膜的設計概念的演變
近日，哈爾濱工業大學教授、英國皇家化學會會士、城市水資源與水環境國家重點實驗室成員邵路團隊與哈爾濱工業大學（威海）中歐膜技術研究院副院長、海洋科學學院教授張瑛潔團隊合作，采用簡單的同軸靜電紡絲技術，構建了超疏水納米纖維膜，展現出優異的油包水乳液分離性能。在高壓電場下，聚二甲基硅氧烷（PDMS）前驅體與聚偏二氟乙烯（PVDF）溶液在噴絲頭中強迫混合擴散，溶液發生相轉化，由于聚合物溶質粘度（PDMS和PVDF）和助溶劑（THF和DMF）的蒸發速率的差異，形成了嵌入微球的納米纖維膜（PVDF-co-PDMS）。進一步設計了具有超快滲透性能和優異分離性能的非對稱復合膜（PVDF-co-PDMS-AS）。
圖2. 膜的化學結構和表面形貌研究
圖3 膜表面潤濕性的研究
通過同軸靜電紡絲技術制備的PVDF-co-PDMS膜和PVDF-co-PDMS-AS膜的純水接觸角分別達到155.1°和157.4°，并且其水下油接觸角可在1s內達到0°，表現出優異的超疏水-水下超親油性。
展開 《ACS Nano》氧化石墨烯支撐的納米受限離子液體膜在CO2分離方面的應用
二氧化碳的分離和富集在當下社會有重大的經濟效益和社會效益，而如何高效低耗地實現其分離和富集是一個具有挑戰性的研究方向。膜分離法作為一種新型的分離方式，以其綠色環保、低功耗、高效率的優異特性成為分離領域的寵兒，但膜分離法天然存在著通量和分離比不可兼得的缺陷，為了盡可能緩解這對矛盾，浙江大學的彭新生教授、孔學謙教授和清華大學的徐志平教授團隊共同合作，設計了一種以氧化石墨烯（GO）為支撐基底，將離子液體受限在GO的二維納米尺寸通道內的薄膜，實現了CO2的高效分離。
近幾年來，利用GO片層堆垛而成的薄膜來實現分子或離子的分離得到了廣泛的研究。其中，有團隊利用GO片層之間的水對CO2的高溶解度特性實現了CO2的有效分離，但是水的易揮發性以及流動性極大地限制了薄膜在高溫環境下和長時間條件下的應用。那么，如果有一種流動性更弱、揮發性更低、沸點更高同時對CO2溶解度更高的液體來彌補上述水的缺陷，是否可以改善薄膜的分離性能和穩定性呢？
基于上述猜想，浙江大學和清華大學團隊合作，選擇了1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽（[BMIM][BF4]）這種離子液體來替代水制成以氧化石墨烯為支撐基底的薄膜（graphene oxide supported ionic liquid membrane， GO-SILM）。離子液體是一種飽和蒸汽壓低、粘度大、穩定性強、液態溫度范圍寬的綠色溶劑，同時對CO2又有很高的溶解度，在氣體分離領域已經得到了很多研究，完美符合上述的所有需求。
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