Snelle engineering van bio-geïnspireerde membranen met superhydrofiliciteit voor veelzijdige toepassingen

Olievervuiling heeft ernstige milieuproblemen veroorzaakt en verslechtert door frequente olielozingen en toenemende lozing van olieachtig afvalwater door de industrie. Verschillende methoden, zoals in-situ verbranding, fysische adsorptie en membraantechnologieën zijn gebruikt om de oliesoorten uit dit vervuilde olieachtige afvalwater te verwijderen. Vooral membraantechnologieën, zoals ultrafiltratie (UF), nanofiltratie (NF) en omgekeerde osmose (RO), spelen een cruciale rol bij de behandeling van oliewatermengsels, vanwege de uitstekende selectiviteit, hoge flexibiliteit en kleinere poriegrootte. Deze typische polymeermembranen moeten echter worden beperkt tot een kleinere toepassingsschaal vanwege enkele duidelijke nadelen, waaronder inferieure mechanische stabiliteit, vervuiling en bacterieaffiniteit van hydrofobe polymeermembranen en extra aangedreven druk. Daarom is het dringend nodig om een uitstekende mechanisch stabiele, aangroeiwerende, antibacteriële, kosteneffectieve en milieuvriendelijke olie-water scheidingsmethode te ontwikkelen om een continu voldoende terugwinning van olie en water uit het olieachtige afvalwater te realiseren. Geïnspireerd door de verschijnselen van superbevochtiging in de natuur, hebben onderzoekers verschillende materialen met superwetting-eigenschappen (geclassificeerd in twee hoofdtypen, bijvoorbeeld de superhydrofobe en superhydrofiele) ontwikkeld. Onder hen wordt het type superhydrofiele en onderwater-superoleofobe membranen, die een hogere waterpermeatie hebben en een sterkere aangroeiwerende werking op organische verbindingen, als een veelbelovende richting beschouwd. Onlangs hebben wetenschappers veel moeite gedaan om superhydrofiel oppervlak te construeren door middel van benaderingen, zoals oppervlakte-enting, laag-voor-laag zelfassemblage en oppervlaktecoating. Van deze modificaties is oppervlaktecoating de eenvoudigste en goedkoopste techniek om de hydrofobiciteit van het membraan om te zetten in een hoge hydrofiliciteit door een dunne superhydrofiele laag aan te brengen op het oppervlak van materialen. Daarom, op basis van dit concept, kan het ontwerpen van een superhydrofiele coating op het poreuze membraanoppervlak een haalbare methode zijn om de efficiënte olie-waterscheiding met hoge flux te realiseren onder alleen aangedreven door zwaartekracht. De op mosselen geïnspireerde chemische methode van dopamine heeft een golf van opleving veroorzaakt in de biomimetische modificatie van het oppervlak, sinds de eerste melding in 2007. Dopamine is een typische catecholamine met 3, 4-dihydroxy-L-fenylalanine en lysine, die zichzelf kan polymeriseren in een licht alkalische omgeving om vormen een dunne polydopamine (PDA) coating. Vanwege de sterke covalente/niet-covalente interactie tussen catechinen en substraten, kan de dopamine zich stevig op verschillende oppervlakken afzetten, wat een grote superioriteit laat zien in veelzijdigheid, flexibiliteit en economische bruikbaarheid. Deze PDA-coating is echter niet onberispelijk met enkele problemen. Over het algemeen heeft het minstens 4-5 uur nodig om een intacte PDA-coating te vormen. Bovendien lijdt de verkregen PDA-laag nog steeds aan enkele beperkingen zoals de instabiliteit, slechte homogeniteit en onvoldoende hydrofiliciteit. Onlangs werden oxidatiestrategieën, die werden voorgesteld als triggers om de afzetting van bio-geïnspireerde coating te versnellen, beschouwd als een haalbare benadering voor het tijdkostenprobleem. Daarom zullen we in ons werk de prestaties van verschillende veelvoorkomende oxidanten vergelijken bij het versnellen van dopamine-polymerisatieprocessen en de optimale reactieomstandigheden bepalen. Bovendien, op basis van de reactie tussen catechol (CT) en polyaminen, was het zoeken naar een reeks toepasbare materialen met uitstekende hydrofiliciteit, antibacteriële en multifunctionele eigenschappen in combinatie met dopamine een handige manier om de huidige problemen van pure PDA-laag aan te pakken. Daarom zullen we, op basis van deze dopamine-modificatiestrategie, snel een reeks multifunctionele bio-geïnspireerde scheidingsmembranen bouwen met extreem hoge flux, stabiliteit op lange termijn en sterke antifouling voor gravitationele olie-waterscheiding en andere toepassingen. Het doctoraatsonderzoek is gericht op het vervaardigen van multifunctionele bio-geïnspireerde membranen op polydopaminebasis met een hoge waterdoorlatendheid, stabiliteit op lange termijn en uitstekende aangroeiwerende en antimicrobiële eigenschappen voor veelzijdige toepassing. En het zal zich richten op het onderzoeken van het polymerisatiegedrag van op polydopamine gebaseerde coating op het poreuze substraat bij verschillende fabricageomstandigheden en filtratieprestaties in verschillende toepassingen.