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中国科学家创造了新的磁性粒子JANUS,这种磁性粒子可以促进油水分离。这些颗粒,被称为亲水/亲油磁性JANUS颗粒,它们能够快速有效地将微尺度的油滴从水中分离出来。
石油污染已成为当今世界一个普遍的挑战。在现实中,油通常被归类为表面活性剂稳定的油滴、浮油、分散油和无表面活性剂的微小油滴几类。石油对环境不仅环境影响这么简单,如今应该用危害来形容。油类可沾附在鱼鳃上,使鱼窒息,抑制水鸟产卵和孵化,破坏其羽毛的不透水性,降低水产品质量。油膜形成可阻碍水体的复氧作用,影响海洋浮游生物生长,破坏海洋生态平衡,此外还可破坏海滨风景,影响海滨美学价值。
在过去的几年中,通常通过控制表面润湿性来实现 分散油、浮油、甚至表面活性剂稳定油滴的有效分离,科研人员已经进行了许多努力。然而,无表面活性剂的微小油滴与水的分离常常被人们忽略。
直径小于20μm尺度的油滴在水中具有极高的稳定性。当使用传统方法和超润湿材料将这些微尺度的油滴从水中分离时,仍然存在着许多挑战。在实际应用中,油水混合物中的油相经常会以微小油滴(10微米以下)的形式存在,而传统的油水分离技术难以对其进行连续、高效的分离:例如工业上应用的吸附剂法等,吸附之后的脱附较难实现,难以循环使用,也难以对吸附的油进行再次利用,而额外物质的添加也有可能引入新的污染。
目前,中国科学院理化技术研究所(TIPCCA)的科学家们已经提出了一种新方法,他们采用乳液界面聚合方法来合成具有可控拓扑和化学各向异性的JANUS颗粒。
这种技术也可以用来大规模制造二维JANUS薄膜致动器。
在这些研究的基础上,这个研究小组最近通过乳液界面聚合和Fe3O4纳米粒子的界面组装,合成了亲水/亲油的磁性JANUS颗粒,实现了快速、高效地将微米级微小油滴与水分离。当将亲水性/亲油性的磁性JANUS颗粒掺入水包油乳液中,然后摇动1分钟后,原本稳定的乳液迅速形成分层。
用磁场调节后,可以将上部的油相迅速吸引到磁体上。整个过程仅仅在两分钟内完成。分离效率高达99%,分离效果与油的种类及含油量有关。
科学家还发现,JANUS颗粒的亲油性表面有利于捕获大量的微小油滴,以促使它们聚集。最后,与表面活性剂分子一样,这些JANUS颗粒可以吸附在大油滴界面,使其保持稳定。
研究人员认为,可以将这些JANUS颗粒自组装到较大的油滴界面上,并将亲水性凸面朝向水相,亲油性凹面朝向油相。
这些颗粒为工业废水的净化和水质净化提供了一个非常有价值的候选材料。研究人员期待这种新技术未来可以应用于石油工业和环境保护领域,例如石油泄漏事故的处理、含油工业废水的净化以及石油开采中的三次采油等。
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