近日，浙江师范大学地理与环境科学学院膜法课题组在Journal of Membrane Science期刊发表题为“Novel conductive Janus membranes with water diode effect assisted by an electrostatic field for efficient mass transfer and oil-water separation（构筑具有“水二极管”效应的新型导电Janus膜以实现高效的液质传输和油水分离）”的研究论文。Journal of Membrane Science是膜技术和化工领域的重要期刊，IF2022 = 9.5。我院硕士研究生胡新宇为论文第一作者，李仁杰副教授和林红军教授为联合通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、浙江省重点研发计划和浙江省自然科学基金重大项目的资助。
► 导电增强型Janus膜实现了高效的油水分离。
► 导电金属Janus膜是通过简单的两步方法制造的。
► Janus膜显示出“水二极管”性质，能够实现自发的单向液体传输。
► 静电斥力阻碍乳化油滴附着，提高性能。
膜分离技术在处理含油废水方面具有显著效果，但由于缺乏高渗透性和抗污染性的膜材料，其应用受到了限制。具有非对称润湿性和对带电油滴进行静电排斥性能的Janus膜，为油水分离提供了一种潜在策略。本研究开发了一种新型的电增强导电型Janus膜，采用金属修饰有机膜以实现含油废水的高效处理。通过简单的无电镀镍和表面剥离两步法，制备了导电金属Janus膜。所得的镍涂层膜表面表现出较高的亲水性、水下疏油性以及优良的导电性（约4.7Ω）。有趣的是，所开发的膜表现出“水二极管”效应，无需外部压力即可实现单向液体传输。在重力驱动的油水分离过程中，实现了4874 L·m-2·h-1的通量率，并超过99%的油去除效率，超越了大多数现有研究。在油水乳液的过滤过程中，导电Janus膜作为阴极产生静电排斥，防止乳化油滴粘附。施加外部电压使分离通量增加了约13倍，油去除效率提高至99.6%。膜的分离能力在六次循环测试中保持一致，展示了其强大的稳定性。总体上，本研究首次合成了具有高油水分离效率的导电“水二极管”Janus膜，为Janus膜的设计与制造以及含油废水处理工艺提供了新视角。
工业进步加速了含油废水的排放，增加了石油泄漏的风险，严重威胁了生态系统，并导致了相当大的资源损失。膜分离技术以其简单的应用和高效而闻名，被认为是去除乳化油的高效技术。然而，分离过程中相当大的能源需求和膜污染对其在油水分离中的实际应用提出了重大挑战。因此，开发用于可有效分离油水乳液的先进材料或方法至关重要。
Janus膜基于其具有的不对称结构，产生了无需借助外部压力进行液体定向运输的有趣性质，被广泛应用于纺织品汗液管理、雾收集和油水分离等领域。同时，近期的研究表明，使用导电膜作为电极，加上外部电场辅助，可以显著提高其乳液分离性能，并减轻乳化油滴对膜的污染。因此本研究采用将电场辅助技术与Janus膜本身的结构优势相结合的思路，以实现高效的油水分离。
本研究采用简单的两步法，包括化学镀镍和表面剥离法，制备了一种具有“水二极管”特性的新型金属导电Janus膜。研究中评估该膜的定向水传输能力并探索其传输机制。此外，研究了不同电压水平对油水乳液分离效率的影响。还评估了膜分离性能的稳定性及其处理不同含油废水的效果。据我们所知，本研究首次制备了具有“水二极管”功能的导电金属Janus膜，实现了高效的油水分离。
图1 镀镍Janus膜制备工艺示意图
图2 PP-Ni膜上沿(a) 重力方向、(b) 水平方向和(c) 反重力方向的水传输行为，以及(d) PP-Ni膜上的反向拒水现象.
与油水混合物相比，由于油滴尺寸小且性质复杂，油水乳液的分离更具挑战性。为实现导电型PP-Ni膜在油水乳液处理中的潜在应用，本研究中设计了如图4a所示的分离装置，静电场辅助PP-Ni膜分离乳液的过程如图4b所示，带负电的油滴被静电场力沿远离阴极分离膜的方向推动，从而减少乳化油对膜的污染。实验结果表明，随着施加电压的增加，分离性能逐渐提高。在27V的电压下，PP-Ni膜对乳化油滴的分离效率为99.4%，通量达到241.6L·m-2·h-1，几乎是非通电条件下的13倍。此外，如图4e所示，在27V电压下对汽油/水乳液的循环测试结果表明，在外部电场的辅助下，PP-Ni膜的分离通量和截留率都保持基本不变，表明其具有优异的稳定性。综上所述，考虑到自然界中的油水乳液通常带有负电荷，静电场辅助条件下的导电PP-Ni膜在处理乳化含油废水方面具有较好的应用前景。
这一段忘记删除掉了，请略过。与其他传统导电膜相比，它们的基膜通常是不导电的。因此，这类膜在曝气时依赖于基膜上的导电涂层，一旦油污进入膜孔，就会成为一种不可逆的污染形式。NiTi-LDH/TF材料抗污垢能力的显著提高主要来自于其整体导电性。在表面曝气过程中，膜孔内也会产生同样的效果。NiTi-LDH/TF在过滤过程中不断进行自清洁。这种自清洁效果由内而外发挥作用，就像喷泉一样不断冲刷孔隙内潜在的膜污垢。因此，通过表面曝气和内部孔隙自洁的双重保护机制，可有效提高抗污性能。XDLVO理论进一步证实了钛泡沫在改性前后的抗污能力的差异。
胡新宇：男，江苏南京人，导师为林红军教授和李仁杰副教授，目前为浙江师范大学地环学院研究生，研究方向为Janus膜的制备及其应用研究，熟练掌握多种分离膜的制备方法和各种表征技术，具有一定独立开展科研工作的能力。富于科研热情，肯钻研，待人热忱。目前以第一作者的身份在Journal of Membrane Science期刊上发表论文1篇、以第二作者的身份在Journal of Cleaner Production期刊上发表论文1篇，申请国家发明专利一项，另有2篇一作英文论文在投稿中（WR和JMS期刊）。
个人立志读取清华、北大、同济大学、南京大学、浙江大学等高校博士学位，有意向招生的老师请多关注和我联系hjlin@zjnu.cn。
