研究背景
石油化工、食品和制药等行业对油/水(O/W)乳液分离的正常需求正在寻找高性能和节能的分离方法。陶瓷膜因其操作方便、通量大、长期稳定等突出特点，已被用于处理O/W乳液。膜技术具有高效、低能耗、无化学操作等一系列优点，能有效去除各种污染物。陶瓷膜作为一种典型的无机膜材料，具有化学稳定性高、无溶胀效应、机械强度高等无可比拟的优点，可以在恶劣的环境中使用。此外，陶瓷材料具有亲水性，这使得陶瓷膜具有很高的透水性。然而，由于污染物在膜表面和孔壁上的吸附和沉积而引起的膜污染严重恶化了膜的过滤性能，缩短了膜的使用寿命，极大地限制了膜的应用。
在过去的几十年里，研究人员致力于开发抗污染膜分离工艺。然而，越来越多的研究人员发现，陶瓷膜的表面性质也会对陶瓷膜的性能产生重要影响。陶瓷膜表面改性的方法很多，最常用的防污染方法是用特殊材料对膜表面进行接枝，表面接枝技术简单易行，成本低，易于工业化生产。
两性离子材料是由同一有机化合物中的阳离子和阴离子组成的，由于在两性离子基团周围形成了水合层，因此在减少污垢现象方面是众所周知的。两性离子比聚乙二醇能结合更多的水分子，因此对污染物有更强的排斥力。研究结果表明，两性离子改性膜具有优良的抗污染性能。然而，两性离子陶瓷膜的制备和应用几乎没有报道。
成果展示
本文提出了一种新型的两步接枝技术，将两性离子接枝到陶瓷膜上，以提高陶瓷膜的抗污染性能。主要结论如下：(1)利用FTIR和XPS对改性前后的陶瓷粉末组成进行了表征，证明了制备两性离子陶瓷膜的可行性。TGA测试证实了两性离子表面水化层的存在。(2)为了制备性能最佳的两性离子陶瓷膜，考察了DMAPS和SBTS的浓度对膜渗透通量的影响。(3)在O/W乳状液过滤试验中，两性离子陶瓷膜表现出比陶瓷膜更好的过滤性能，这从静态蛋白质吸附和动态水接触角测试中得到了解释。(4)两性离子陶瓷膜的抗污染性能是由不可逆污染的减少所致，这是典型的两性离子陶瓷膜和陶瓷膜随时间的渗透过程。
本工作不仅论证了两性离子在陶瓷膜表面接枝的可行性，而且为今后的研究人员提供了一条陶瓷膜表面改性的途径。为抗污染陶瓷膜的设计和制备提供了一种新的解决方案。
图文导读
本文采用环境友好的两步接枝方法，在膜表面接枝两性离子，制备了抗污染陶瓷膜，提高了膜的抗污染性能和透过率。
采用FTIR和XPS表征相结合的方法对两性离子在陶瓷表面的成功接枝进行了表征。
更重要的是，改性膜表面可以通过静电相互作用层形成水合作用，这一点在TGA表征中得到了证实。
系统地测试了所制备的两性离子陶瓷膜在O/W乳状液分离中的抗污染性能。结果表明，两性离子能显著提高陶瓷超滤膜的通量，并能显著降低O/W乳状液分离过程中的不可逆污染，从而显著改善膜的抗污染性能。
因此，两性离子陶瓷膜在O/W乳状液的实际净化中具有广阔的应用前景，是一种高效、环保的抗污染方法。
相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.cjche.2021.03.049
来源：CJChE中国化学工程学报
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