姬忠礼用不对称润湿性来实现油气溶胶的高效低气阻过滤

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去除空气或其它气体中的微小油滴（即“油气溶胶”）涉及包括能源，电子、医疗、制药、食品、与金属加工等众多的工业过程与应用领域。常用的技术是通过纤维材料过滤。目前，用于过滤油气溶胶的纤维滤材对尺寸小于1微米的油滴的过滤能力较低。虽然可以通过增加滤层厚度来弥补，但厚度的增加往往导致更大的过滤气阻，不仅增加了能耗，而且减少滤材的使用寿命。开发高效、低耗能的过滤材料是油气溶胶过滤领域的一个挑战难题。

最近，澳大利亚迪肯大学（Deakin University）林童教授团队与中国石油大学姬忠礼教授团队共同开发了一种新的技术原理，有效解决了这一难题。他们用涂布的方法将用于过滤油气溶胶的商业玻璃纤维滤料进行表面改性，使它们在厚度方向上表现出不对称的润湿性与单向导油性质。研究发现，不对称润湿性会对油气溶胶过滤过程产生明显的影响，无论是单独使用还是与超疏油滤材一起使用，都可以在压降不明显改变的情况下，大幅度地提高过滤效率。在优化的条件下，仅仅一薄层具有单向导油功能的滤料与一层相同厚度的超疏油滤料共用，就可对小油滴（0.01-0.8μm）的过滤效率提高到99.45％，对较大油滴（0.5-20μm）过滤效率接近100％，而压降却与未处理的滤材相当。如用未经过处理的玻璃纤维滤滤材来实现同样的小粒子过滤效率，所需滤材的厚度至少要增加2.5倍，且仍无法实现对较大油滴的100%过滤。由不对称润湿性所驱动的单向导油纤维滤料与超疏油纤维滤料组合将成为实现高性能、低能耗聚结过滤的关键。

图：单向导油与超疏油复合滤料的过滤效果

自2013年被林教授团队首次报道（Zhou et al, Sci. Rep. 2013, 3, 2964）以来，单向导油纺织品的研究在制备方法与功能应用方面均取得了重要的进展。单向导油纺织品在油水分离、液体阀门、液体检测、生物膜等领域表现出了优异性能。其优异的油气溶胶分离性能再一次显示了这一智能纺织品的巨大应用潜力。

详细结果已经发表在近期的《Advanced Functional Materials》杂志上（DOI：10.1002/adfm.201806302）。文章的第一作者为博士生魏欣，通讯作者为王红霞博士和林童教授。