構(gòu)建一種具有納米孔的高度柔韌、穩(wěn)定、耐用的超疏水木膜

研究背景

近年來，日常生活和工業(yè)生產(chǎn)排放的大量含油廢水以及油輪泄漏等問題對(duì)環(huán)境、生態(tài)乃至人類健康造成了極大的危害。與不混溶的油/水混合物相比，穩(wěn)定的油/水乳液更難分離，這是由于其具有超小尺寸的液滴（小于20微米）和穩(wěn)定的體系。因此，快速有效地分離穩(wěn)定的油/水乳液仍然是一個(gè)全球性的環(huán)境挑戰(zhàn)。具有特殊超潤(rùn)濕性的膜分離方法由于具有效率高、易于加工等特點(diǎn)，而被認(rèn)為是一種理想的油水乳液分離技術(shù)。

目前，多種分離膜已經(jīng)被開發(fā)，并成功用于分離油水乳液，包括金屬網(wǎng)基膜和聚合物基膜。然而，這些類型的膜產(chǎn)品降解率低，生產(chǎn)過程中易產(chǎn)生有毒物質(zhì)，對(duì)環(huán)境和人類健康造成危害。同時(shí)，這類膜也存在制備過程復(fù)雜、分離效率低、生產(chǎn)成本高等問題。因此，迫切需要尋找一種綠色、經(jīng)濟(jì)和可再生的超潤(rùn)濕膜達(dá)到快速有效分離穩(wěn)定的油/水乳液的目的。

生物質(zhì)材料是可再生且豐富的天然材料，生物質(zhì)資源的高效能源化利用對(duì)減少碳排放，實(shí)現(xiàn)碳中和具有重要的意義。生物質(zhì)材料為膜基材提供了一種簡(jiǎn)單而環(huán)保的替代品。木材是一種綠色可再生、可生物降解、價(jià)格低廉、資源豐富的資源，由于其具有固有的分級(jí)多孔結(jié)構(gòu)和獨(dú)特的化學(xué)成分，對(duì)其進(jìn)行開發(fā)制備功能復(fù)合材料有望實(shí)現(xiàn)更廣泛的應(yīng)用，例如用于透明窗戶、輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料、油水分離、太陽能蒸發(fā)和水處理等。傳統(tǒng)的木質(zhì)分離材料由于其孔徑較大（大于20微米），分離穩(wěn)定的油水乳液方面效果不佳。

目前，研究者利用木材獨(dú)特的層次結(jié)構(gòu)和高孔隙率，將其作為模板進(jìn)行堿處理用于油水乳液分離，然而，經(jīng)過化學(xué)處理后，木膜的力學(xué)性能和水穩(wěn)定性較差，極大的限制其在環(huán)境修復(fù)方面的應(yīng)用。

成果簡(jiǎn)介

為了解決這些問題，南京林業(yè)大學(xué)李建章教授團(tuán)隊(duì)和香港城市大學(xué)張其春教授通過脫木素和分子交聯(lián)技術(shù)構(gòu)建了一種具有納米孔的高度柔韌、穩(wěn)定、耐用的超疏水木膜（聚二乙烯基苯木膜）。該材料在穩(wěn)定油/水乳液的快速高效分離方面具有巨大的應(yīng)用潛力。本研究制備的功能木膜具有柔韌性、耐用性、穩(wěn)定性和超疏水性，為設(shè)計(jì)和制造用于分離穩(wěn)定的油包水乳液的功能性木質(zhì)膜提供了新的見解。

與以前的方法相比，本研究具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）制備了一種兼具耐用性、柔韌性和超疏水性的木質(zhì)膜，用于分離穩(wěn)定的油/水乳液；

（2）通過分子交聯(lián)技術(shù)提出了一種制備具有納米孔的較大木材材料的普適性方法，并為木材改性提供了一種新的功能化策略；

（3）通過木材納米技術(shù)，將大型、廉價(jià)和天然木材轉(zhuǎn)化為可持續(xù)功能材料，從而使功能性木膜的大規(guī)模生產(chǎn)成為可能，也為全球碳中和做出了貢獻(xiàn)。

該研究工作近期以“Durable, flexible, and super-hydrophobic wood membrane with nanopore by molecular cross-linking for efficient separation of stabilized water/oil emulsions”為題發(fā)表在EcoMat上，南京林業(yè)大學(xué)副教授蔡亞輝為第一作者，南京林業(yè)大學(xué)田丹教授、李建章教授和香港城市大學(xué)張其春教授為論文通訊作者。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新項(xiàng)目、香港城市大學(xué)啟動(dòng)經(jīng)費(fèi)等項(xiàng)目的資助。

審核編輯：劉清