仿生液體復合有機高分子彈性膜系統(tǒng)

膜科學與技術(shù)的多相分離研究對石油化工、天然氣開采、污水處理、濕法除塵、生物醫(yī)學、發(fā)酵工程等領(lǐng)域具有重要的意義.如何實現(xiàn)在恒壓環(huán)境下的動態(tài)可控多相分離一直以來面臨著巨大的技術(shù)挑戰(zhàn).

圖1 仿生液體復合有機高分子彈性膜的設計與工作原理[4]

廈門大學侯旭教授研究團隊長期致力于多尺度孔道材料的研究,提出了仿生多尺度智能門控的概念和多尺度界面的設計.仿生多尺度智能門控是指受到自然界中生物體的啟發(fā)而開發(fā)的微/納尺度的多孔膜材料,膜孔道響應光、壓力、pH、溫度、濕度、電場及磁場等外界刺激,能夠?qū)崿F(xiàn)其打開和關(guān)閉,選擇性地進行物質(zhì)輸運[1].多尺度界面的設計則包括多尺度孔道表面的液體滑移表面的設計,多尺度孔道內(nèi)固/液/液界面的設計,以及多尺度孔道內(nèi)的動態(tài)滑移界面的設計[2-3].

最近,受到生物中肺泡小孔的啟發(fā),侯旭教授研究團隊首次將功能液體與有機高分子彈性體材料復合形成穩(wěn)定的復合膜體系,用于恒壓環(huán)境下的可控多相輸運與動態(tài)分離(圖1).其中,功能液體由毛細力穩(wěn)定在彈性體多孔膜中,形成了一種液體門控,該技術(shù)把傳統(tǒng)固液界面的科學問題轉(zhuǎn)移到液液界面,把液體作為動態(tài)“門”,以實現(xiàn)對物質(zhì)的可控輸運與分離.通過對彈性體材料孔徑的動態(tài)調(diào)控和固液界面的協(xié)同作用, 控制流體的輸運性能.這項工作以“Liquid gating elastomeric porous system with dynamically controllable gas/liquid transport”為題發(fā)表于《Science Advances》[4].這一全新的復合材料設計思路有望應用于氣體參與的化學反應、燃料電池、多相流體系、多相微反應、仿生微流控、膠體顆粒的制備等領(lǐng)域.這一研究成果將對開發(fā)新一代的多相分離系統(tǒng)提供新材料和新技術(shù)手段,推動多相物質(zhì)輸運與分離技術(shù)的發(fā)展.

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[2] ZHAN K,HOU X.Tunable microscale porous systems with dynamic liquid interfaces [J].Small,2018:1703283.doi:10.1002/smll.201703283.

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