農(nóng)業(yè)、化妝品和食品工業(yè)等行業(yè)與石油化工等工業(yè)中經(jīng)常產(chǎn)生大量乳液，這些乳液大部分是由非離子型表面活性劑穩(wěn)定。人們不斷研究商業(yè)化分離油水乳液的方案，然而高效低成本的分離方法仍有待探索。近日，加拿大女皇大學(xué)（Queen's University）劉國軍（Guojun Liu）教授的研究團(tuán)隊(duì)成功制備了一種通用型 “兩面神”Janus濾膜，實(shí)現(xiàn)了對(duì)離子型與非離子型表面活性劑穩(wěn)定的水包油乳液和油的高效分離。

團(tuán)隊(duì)先前曾報(bào)導(dǎo)過兩代“兩面神”棉織物用于對(duì)離子型表面活性劑穩(wěn)定的油水乳液分離，基本分離原理是在棉織物的一面上接上帶電荷聚合物，聚合物上的電荷能屏蔽乳液中離子型表面活性劑所帶電荷，使油滴聚集后選擇性通過棉織物，而水則被另一側(cè)所修飾的疏水型聚合物，如文章用用到的PDMS，阻擋，從而實(shí)現(xiàn)油水分離（Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55(4), 1291-1294; Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 128 (47), 14610-14613）。然而，電荷屏蔽效應(yīng)對(duì)非離子型表面活性劑通過排斥作用穩(wěn)定的乳液無效。為了解決這個(gè)問題，團(tuán)隊(duì)制備了新一代“兩面神”棉織物，這代“兩面神”棉織物能用于離子型與非離子型表面活性劑穩(wěn)定的油水乳液的分離。

之所以將這種濾膜稱為“兩面神”濾膜，是因?yàn)樗瑫r(shí)具有疏水性與表面吸附的功能。通過在濾膜一面的表面上接上表面活性劑分子，例如文章中提到的聚乙二醇單月桂酸酯，這層表面活性劑分子可以和穩(wěn)定乳液、包裹在油滴表面的表面活性劑分子競爭，當(dāng)濾膜表面上的表面活性劑分子密度最優(yōu)化時(shí)，油滴會(huì)被這層表面活性劑分子吸附，從而在濾膜表面聚集，在毛細(xì)力的作用下透過濾膜，而由于另一側(cè)的超疏水性，水則會(huì)被阻擋，從而實(shí)現(xiàn)油水分離。

團(tuán)隊(duì)合成了兩種熱固化型聚合物：P1-g-EL 與P2-g-PDMS（結(jié)構(gòu)見下圖），并分別將兩種聚合物接在濾膜的兩面。制備過程如下：首先將棉織物在P2-g-PDMS溶液中浸泡至吸附飽和狀態(tài)，隨后將浸泡后的棉織物在170 ℃的表面上加熱使聚合物交聯(lián)固化，而棉織物的上層則用80℃的水冷卻防止聚合物交聯(lián)。3小時(shí)后棉織物厚度一半的聚合物發(fā)生交聯(lián)，而未被固化的聚合物則通過熱THF洗去。這時(shí)，將棉織物半成品浸泡于P1-g-EL溶液中，取出后接著在170 oC的烘箱中加熱3小時(shí)。

這種通過具有表面活性劑的固體來吸附乳液顆粒從而實(shí)驗(yàn)油滴聚集的分離機(jī)理從來未被報(bào)導(dǎo)過。同時(shí)，高分子表面活性劑在上世紀(jì)70到90年代曾被廣泛研究，但在之后很長一段時(shí)間則淡出了人們的視線。這項(xiàng)研究提出了高分子表面活性劑的一項(xiàng)全新應(yīng)用。

總而言之，新一代“兩面神”棉紡織物能成功分離離子型和非離子型表面活性劑穩(wěn)定的水包油乳液，大大拓寬了“兩面神”棉紡織物的應(yīng)用范圍；同時(shí)為高分子表面活性劑的應(yīng)用提供了另一種思路。顯而易見，如果在將來能簡化這種“兩面神”棉紡織物的制備過程，它將能大范圍地應(yīng)用于生活與工業(yè)中。

參考文獻(xiàn)：

Liu G, Wang Z, Lehtinen M. Universal Janus Filters for the Separation of Oil from Emulsions Stabilized by Ionic or Nonionic Surfactants[J]. Angewandte Chemie International Edition, 2017.doi:10.1002/anie.201706158