化学键重构增强界面极性反转的有机-无机杂化膜用于高效油水分离

膜分离技术因其低成本、高效率在油水分离领域极具潜力。研究人员通过静电纺丝制备300 nm孔径的PVDF纳米纤维膜，并采用壳聚糖-锆盐交联法涂覆有机-无机杂化聚合物。创新性引入戊二醛破坏金属配位键，形成高能共价键并暴露带正电锆离子，构建持久抗油屏障。该膜在0.02 MPa压力下实现纯水通量7828 L·m?2·h?1·bar?1和乳液通量4280 L·m?2·h?1·bar?1，经100次水力循环和30次乳化分离仍保持稳定，可高效去除煤油等轻质油乳液，为界面极性与化学重组在膜开发中的应用提供新范式。

　　

这项突破性研究将静电纺丝(electrospinning)制备的聚偏氟乙烯(PVDF)纳米纤维膜作为基底，通过壳聚糖(chitosan)-锆盐交联策略构建有机-无机杂化涂层。研究团队独辟蹊径地采用戊二醛(glutaraldehyde)触发化学键重组——断裂原有的金属配位键，形成高稳定性的共价键网络，同时释放大量带正电荷的锆离子(Zr⁴⁺)。这种"分子手术"使膜表面产生显著的界面极性反转，形成超亲水/水下超疏油的"双超"特性。

在0.02兆帕的低压条件下，该膜展现出惊人的水通量性能：纯水通量高达7828升每平方米每小时每巴(L·m^?2·h^?1·bar^?1)，对油包水乳液的渗透通量也达到4280 L·m^?2·h^?1·bar^?1。更令人振奋的是，经过100次水力冲击测试和30轮乳化油分离循环后，膜性能仍保持稳定，展现出卓越的工程应用潜力。特别值得关注的是，该技术成功攻克了煤油(kerosene)等轻质油乳液难以过滤的行业难题，为复杂油水体系的分离提供了全新解决方案。这项研究不仅证实了界面极性调控的关键作用，更开创了通过化学键重组策略优化膜性能的新路径。