第一作者：宋明秋

通讯作者：薛铭

通讯单位：吉林大学

研究亮点：

1. 以金属网为载体, 成功地制备出表面具有微纳结构的ZIF-8分离膜, 该膜显示出优异的水下超疏油性能。

2. 制备的ZIF-8分离膜, 可以高效地分离多种油水混合物, 油水分离效率高达99.99%, 同时具有较高的水通量10.2×104 L m⁻² h⁻¹, 以及耐压性。

由于石油、钢铁、纺织等工业的含油废水排放，以及频繁的溢油事故，石油污染已成为全球重要的环境和经济问题。研究高效油水分离材料和技术具有重要的科学意义和应用价值。

传统的油水分离方法（离心法、吸附法、浮选法等）能耗高、占地面积大、用时长、分离效率低。近年来，膜分离技术不断发展，是当前对含油污水进行处理的有效技术，其具有分离设备简单、能耗低的优点。随着仿生学的研究发展，人们从荷叶、鱼鳞等自然结构中不断受到启发，超疏水膜，水下超疏油膜等逐步成为研究热点。

然而，常用的有机膜在高温环境，或者接触各种有机溶剂后，会降低其油水分离性能，而多数无机膜的制备工艺又比较复杂。因此，如何用简单的方法，构筑稳定的微纳结构，实现高分离率和高通量性能，并可大面积制备的油水分离膜仍然是个挑战。

有鉴于此，吉林大学薛铭研究团队以金属有机骨架材料（MOF）这类新型晶体材料为研究对象，在常温常压条件下，以不锈钢网为载体，成功地制备出ZIF-8分离膜。

方案1 具有水下超疏油性ZIF-8涂覆的网状膜合成示意图

由于ZIF-8膜的表面具有粗糙的微纳结构（图1a−c），显示出优异的水下超疏油性能。在水中时，水分子优先被捕获到膜表面的MOF微纳结构中，形成连续的水层，这层液膜允许水相靠重力快速通过，而对油相产生强的排斥力，从而实现高效油水分离。

图1 网状膜的SEM图

图2 不锈钢网裸线和涂有ZIF-8后的AFM图

该MOF分离膜可以高效地分离多种油水混合物，油水分离效率高达99.99%，水中残油量低于4 ppm，同时该膜具有较高的水通量10.2×104 L m⁻²h⁻¹，以及很好的耐压性6400 Pa。

图3 ZIF-8涂层网膜的特殊润湿性

图4 油水分离过程的照片

图5 ZIF-8涂层网膜的油水分离性能

进一步研究发现，即使经过200℃的高温处理、以及多种常见有机溶剂（四氢呋喃、N，N’-二甲基甲酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、二氯甲烷和正己烷）浸泡，该MOF膜仍然保持接近水下超疏油的性能，并且可以循环多次使用。

图6 ZIF-8涂层网膜的稳定性和可回收性

基于简单的制备方法和便宜易得的原材料，该类MOF膜很容易实现大面积制备，可以进行连续地大量的油水分离，这对于油水分离的实际应用至关重要。

参考文献：

Mingqiu S, Yuxin Z, Shanjun M, et al. A stable ZIF-8-coated mesh membrane with micro-/nano architectures produced by a facile fabrication method for high-efficiency oil-water separation[J]. SCIENCE CHINA Materials, 2018.

DOI: 10.1007/s40843-018-9345-3

http://engine.scichina.com/publisher/scp/journal/SCMs/doi/10.1007/s40843-018-9345-3?slug=full%20text