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  近日，中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所王樹濤研究員團隊報道了一種親水/親油的磁性Janus微球，可以從水中快速、高效地分離出微小的油滴。該研究成果以“Hydrophilic/Oleophilic Magnetic Janus Particles for the Rapid and Efficient Oil-Water Separation”為題發(fā)表在Advanced Functional Materials上。

  隨著海上原油泄漏事故的頻繁發(fā)生以及工業(yè)及生活中含油廢水的大量排放，水中油污染已經(jīng)成為危害人類健康及環(huán)境安全的重大問題。通常，油在水中往往以浮油、分散油、乳化油或無表面活性劑穩(wěn)定的微小油滴的形式存在。近年來，基于表面浸潤性的膜、海綿等材料被相繼開發(fā)，并用于分離浮油、分散油甚至是乳化油等，取得了良好的分離效果。然而，從水中分離出微小的油滴往往被人們忽略，這些油滴尺寸通常小于20 μm，在水中能長時間穩(wěn)定存在，傳統(tǒng)的分離方法很難將其分開。因此開發(fā)新型的油水分離材料用于水中微小油滴的分離顯得極為迫切。

  最近，王樹濤研究員團隊發(fā)展了一種普適性的乳液界面聚合的方法，實現(xiàn)了拓撲結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成可調(diào)的Janus微球材料和膜材料的可控制備(Sci. Adv. 2017, 3, e1603203; Macromolecules 2018, 51, 1591-1597; NPG Asia Mater. 2017, 9, e380；Mater. Chem. Front., 2017, 1, 1028)。這些Janus微球能選擇性地吸附納米粒子、生物分子或捕獲細菌、膠體微球。因此，研究人員設(shè)想：能否借助這些Janus微球獨特的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)（凹面親油，凸面親水）去捕捉水中的微小油滴？

  基于此，研究人員通過油水乳液界面聚合結(jié)合納米粒子界面組裝的方法制備了磁性的Janus微球。這些微球具有類似抓手的結(jié)構(gòu)，其凹面親油、凸面親水。當(dāng)把磁性Janus微球加入到油水乳液中時，這些微球能從水中快速分離出微小的油滴，整個分離過程只需2分鐘，分離效率高達99%，并適用于不同比例、不同種類的油水混合物。

圖1 (a-c) 磁性Janus微球的制備; (d-e) 磁性Janus微球用于油水分離。

  進一步研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)把磁性Janus微球加入到油水乳液中時，他們利用其‘抓手’可以有效的捕捉水中的微小油滴形成雪人狀結(jié)構(gòu)，在劇烈的晃動過程中，Janus微球又可以促使被捕捉到的微小油滴合并形成大的油滴，使得油水乳液分層。最后，類似小分子表面活性劑性質(zhì)，這些Janus微球利用其親水/親油的兩面性質(zhì)，可以穩(wěn)定合并的大油滴。通過用石蠟代替液態(tài)油來觀察微球在油滴表面的取向，發(fā)現(xiàn)大部分微球的親水面朝向水相，親油面朝向油相。這種磁性Janus微球為開發(fā)新型的油水分離材料提供了新的思路，有望應(yīng)用于工業(yè)廢水的處理和水凈化等領(lǐng)域。

圖2 油水分離機理。

  該論文的第一作者為中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所、中國科學(xué)院仿生材料與界面科學(xué)重點實驗室的博士生宋永楊，通訊作者為王樹濤研究員、樊俊兵副研究員。該論文的合作者還包括北京航空航天大學(xué)的周嘉嘉副教授等。

  該工作得到了的國家自然科學(xué)基金杰出青年基金，中組部國家“萬人計劃”領(lǐng)軍人才項目，北京市科委計劃項目等資金的支持。

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.201802493?af=R