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海上原油泄漏和工業(yè)含油廢液排放對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和人類健康構(gòu)成重大威脅，并嚴(yán)重破壞全球水-食物-能源鏈條。基于超親水膜的分離技術(shù)是實(shí)現(xiàn)油水分離的有效措施，且已廣泛應(yīng)用于含油廢水的處理工藝。其分離原理主要依靠材料具有超親水性，水可以順利通過材料內(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu)，在材料表面形成水化層，防止油通過。微孔和高比表面積所產(chǎn)生的毛細(xì)力可以產(chǎn)生破乳作用，有利于乳液與水分離。然而，現(xiàn)有的油水分離膜雖然能夠?qū)崿F(xiàn)含油廢水的有效凈化，但超親水膜材料大多來源于化石資源，膜廢料常被掩埋或焚燒，產(chǎn)生二次污染，不利于生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

針對(duì)此難題，該團(tuán)隊(duì)提出一種可按需生物降解的超親水膜靜電紡絲策略，制備出環(huán)境友好的超親水聚乳酸納米纖維膜，對(duì)含有表面活性劑的水包油乳液有著優(yōu)異的分離性能。該膜對(duì)水包正辛烷乳液呈現(xiàn)出2.1×10⁴ L?m^-2?h^-1?bar^-1滲透通量，分離效率高于99.6%，將聚乳酸生物降解為乳酸的速率提高30%以上。該項(xiàng)策略使聚乳酸和聚氧化乙烯水凝膠形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)，通過控制靜電紡絲參數(shù)并設(shè)計(jì)非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，得到了高滲透通量、高分離效率且可生物降解的超親水聚乳酸納米纖維膜。同時(shí)，聚氧化乙烯水凝膠的引入使膜表面與水分子之間形成的氫鍵數(shù)量增加了357.6 %，促進(jìn)了聚乳酸疏水膜轉(zhuǎn)化為超親水膜，防止了膜污染并加速了乳化液通過膜的滲透。該種膜在使用條件下性能穩(wěn)定，在蛋白酶K處理下1周內(nèi)可實(shí)現(xiàn)生物降解。該研究中所提出的新策略為聚合物油水分離膜的制備提供新思路，具有廣闊的應(yīng)用前景。

哈工大為該論文唯一通訊單位。哈爾濱工業(yè)大學(xué)威海校區(qū)海洋科學(xué)與技術(shù)學(xué)院程喜全特聘教授為論文第一作者，程喜全、馬軍院士和哈工大化工與化學(xué)學(xué)院邵路教授為論文共同通訊作者。威海校區(qū)學(xué)生李童語、焦陽也參與了相關(guān)研究工作。

該研究工作獲得國家自然科學(xué)基金、黑龍江省杰出青年科學(xué)基金、黑龍江省頭雁團(tuán)隊(duì)原創(chuàng)探索基金、城市水資源與水環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等資助。

分離膜的循環(huán)、制備和生物降解過程示意圖