据化工进展微信公众平台2018年10月27日讯 膜技术是处理含油污水及含水油液的有效分离方法。无机膜材料由于可调变的表面性质和良好的稳定性，即使在苛刻的条件下，在分离油水方面表现出优异的分离性能。华南理工大学化学与化工学院任秀娥、李刚、陈建标、樊栓狮、郎雪梅、王燕鸿发表在《化工进展》上的综述与专论——《面向油水分离的无机膜制备及应用进展》（《化工进展》2018年第37卷第10期：3928-3935，DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0315），首先阐述了设计与制备油水分离膜的理论基础，包括分离过程中压力驱动力和膜表面特性对膜通量和选择性的影响；然后综述了当前国内外用于油水分离的无机膜的制备及其应用进展，重点介绍分子筛膜、金属氧化物/金属氢氧化物膜和氧化石墨烯膜等的研究，分析了在不同油水混合物中研究者们调控无机膜表面性能的策略，提出膜表面润湿性和膜结构是提高膜分离效率和抗污染性的关键；最后指出抵制含大量表面活性剂、碱液及有机聚合物种的乳化油对膜造成污染，是无机膜亟需解决的问题，并展望了无机膜在分离油水方面的发展方向。
　　随着现代工业快速发展，工业含油污水的排放量剧增，原油开采及输运过程中泄漏事故的频繁发生，对生态环境产生严重破坏。众所周知，油田采出水、钢铁厂冷轧乳化液废水、餐饮含油废水中包含大量难降解的有机物种，若直接排放将严重破坏水资源、土壤等生态环境，影响人类健康生活。因此，面向油水分离的技术成为研究的热点。目前工业上常见的油水处理方法有重力分离、气浮法、絮凝法和生物法等，这些工业方法都存在各自的优势和不足，尤其当油水混合物在表面活性剂作用下乳化成稳定的乳化油时，油滴之间难以黏结，需要添加化学破乳剂或施加电场进行分离，破乳过程复杂，会造成二次污染或增加能耗。对于突发事件如海上原油泄漏事故，通常借助多孔材料，如海绵、泡沫、活性炭等，吸附水中的油。由于上述多孔材料进行再生过程比较耗时耗能，采用焚烧或填埋进行处理的方法对生态环境会造成二次污染。因此，具有简单、高效的膜分离技术在油水分离方面得到了进一步的应用发展。
　　传统的膜分离技术基于膜的孔径，分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜。由于膜的分离效率和使用寿命严重受到膜污染和化学稳定性内在因素的限制，基于界面过程的膜分离技术备受关注。人们通过对膜界面性能的调控，相继制备得到“除水型”油水分离膜、pH响应膜、光响应膜、热和pH双重响应膜以及CO2刺激响应膜，能够对自制油水乳液进行有效地分离。自制乳化油组分简单、油滴粒径可调控，而实际乳化油成分复杂，可能包含乳化剂、酸、碱、盐等杂质，要求分离膜具有特定的界面润湿性、足够高的化学稳定性和抗污染能力。
　　目前油水分离大多采用有机膜，存在不足之处在于：膜性能易受到溶胀影响而降低，一旦吸附上有机污染物易破坏膜材料性能，并且有机膜材料成本相对较高。而无机膜应用于油水分离具有明显优势：首先多数无机膜材料具有亲水性，有利于阻止有机污染物的吸附，其次无机膜材料耐酸、碱性、化学稳定性高、机械强度高，可以在苛刻条件下进行长期稳定的分离操作，在分离油水方面具有极大的潜力。文章从油水分离膜界面特性出发，重点介绍近年来分子筛、金属氧化物/金属氢氧化物和氧化石墨烯等无机膜材料的制备及其在油水分离方面的代表性工作，以期为该领域的研究者们提供有益的参考。

图1．面向油水分离膜的设计与制备思路

图2．固、气、液界面接触角及杨氏方程

图3．液体在粗糙表面润湿性示意图及修正后的杨氏方程

图4．FAU型分子筛丝网膜分离环己烷/水混合物

　　近年来，面对乳化油混合物难分离、易造成膜污染问题，研究者们主要从膜材料的润湿性出发，采用物理化学方法修饰膜表面化学组成和表面形貌，使之成为超亲水/水下超疏油型或超疏水/超亲油型，实现油水混合物的高效分离。但是不同的无机膜材料存在各自的不足，如分子筛膜制备工艺的相对复杂，金属氢氧化物膜不适用于强酸环境，GO膜与载体间结合力弱，使其稳定性不高等一系列问题。基于上述情况，认为有以下方面工作需要重点关注：首先，加强关于膜表面与油水混合物（尤其是乳化油）间、及载体间的相互作用的研究，构建相应的理论模型来指导无机膜的改性和新型无机膜材料开发；其次，基于实际油水混合物的复杂性，膜分离过程应重点考察油液的温度、酸碱度、黏度及包含的金属离子等对膜选择性，通量及寿命的影响；最后，膜分离在保证高效低能耗的前提下，膜制备与技术应进一步考虑经济性、规模化生产及实际可操作性等问题。