基于织物复合膜的乳液分离与自供电实时监测一体化技术研究

针对膜分离技术中膜污染难以及时监测的行业痛点，研究人员创新性地将水力伏打发电机(HEGs)与膜分离技术结合，开发出碳黑改性棉织物(CNC)/MXene-PVA(MP)双层复合膜(MP@CNC)。该材料通过垂直方向的孔筛-超润湿协同机制实现水包油乳液99%分离效率，水平方向利用液流诱导电压差异(水0.24V/乳液0.30V)实现过程实时监控，为智能油水分离监测提供新范式。

　　

随着工业含油废水污染日益严重，传统膜分离技术面临两大挑战：高浓度乳液分离效率不足，以及膜污染导致的性能衰减难以及时发现。特别是含有表面活性剂的乳化油体系，其稳定性使得单纯依靠尺寸筛分难以实现高效分离。更棘手的是，分离过程中膜污染会显著降低通量和选择性，但现有技术无法实现分离与监测的同步进行。

针对这一难题，东华大学的研究团队在《Journal of Hazardous Materials》发表创新成果，将水力伏打发电机(HEGs)与膜分离技术跨界融合，设计出具有"垂直分离-水平监测"双功能的MP-2@CNC复合膜。该研究通过碳黑改性棉织物(CNC)构建监测层，MXene与聚乙烯醇(PVA)复合形成分离层(MP)，利用慢溶剂蒸发策略形成"上疏下密"的双层结构。关键技术包括：MXene/PVA定向沉积构建超亲水/水下超疏油界面，碳黑导电网络捕获液流诱导电势差，以及双层膜垂直-水平功能解耦设计。

研究结果显示：在分离性能方面，MP层通过MXene纳米通道的尺寸筛分和表面相互作用，对水包油乳液实现10次循环后仍保持99%的分离效率，水下油接触角达161.9°。监测功能上，CNC层利用毛细效应产生的双电层效应，能区分纯水(0.24V)和乳液(0.30V)的电压信号差异，响应时间仅0.6秒。特别值得注意的是，当膜发生污染时，电压信号会出现明显波动，这种自供电监测机制无需外接电源即可实现过程监控。

该研究的突破性在于首次将HEGs的能源转换特性转化为膜过程监测工具，通过材料界面设计同时解决分离效率和实时监控两大难题。环境意义方面，这种智能膜技术为工业废水处理提供了资源化利用新思路，其自供电特性尤其适合偏远地区油污应急处理。未来通过优化MXene片层排列和碳黑导电网络，有望进一步提升监测灵敏度和分离通量，为环境功能材料的智能化发展开辟了新路径。