介绍一种可完全分离油-水的 Janus 膜通道

研究人员推出了一种新型的膜系统——膜的 Janus 通道 (JCM)——该系统以罗马神话中的双面神 Janus 命名，其目的是为了反映其双重用途设计：能够同时从复杂乳液中分离油和水。该系统解决了不同行业中的一个重大挑战：可持续性地回收油和水。从复杂混合物中分离油和水对许多科学及工业应用（如废水处理和生物性分类拣选等）都至关重要。膜技术在这些过程中发挥着关键作用。然而，传统性的膜通常一次只能去除一种成分，这使得进一步的分离工作变得复杂，并给废弃物处置带来挑战。这种局限性在含油废水处理中尤其明显；含油废水是日常生活和工业活动的一种常见副产品；人们广泛认为，含油废水是对生态系统和水源的最严重威胁之一。尽管有几种处理方法已经推进了水的补救和油回收工艺，但目前的膜技术很难同时从由表面活性剂稳定的乳液中回收水和油。

Xin-Yu Guo 和同事介绍了一种 Janus 膜通道系统；该系统采用一种新颖的设计：由一个狭窄的两侧为性质相反的亲水和疏水膜组成的受限通道组成。当乳化混合物流过该通道时，压力会将水分子推向亲水膜，从而使水在通过该膜的同时将油在通道内进行浓缩。油密度的增加会触发流体动力，促使油滴碰撞及合并，形成表面能下降的更大液滴，后者接着可通过疏水膜。这一连续的过程创建了一个富集、聚结和反乳化反馈回路，它可以同时高纯度地分离油和水，但却不会有传统系统中所见的浓缩问题。Guo 等人在测试中证明，JCM 系统实现了令人瞩目的分离性能：其油回收率约为 71%，水回收率则近似 94%——两者纯度均超过 99%。此外，与仅限于含油量低于一成的乳液的传统亲水膜不同，JCM 可以处理含油量高达四成的水包油乳液：水回收率仍能过半，而油回收率则逾八成。Xing Yang 和 Mohammad Hossein Jandaghian 在一篇相关的《视角》中写道：“Guo 等人的概念超越了从复杂混合物中进行简单的油水分离；它可以在大型工业中应用于其他类型的具有挑战性的分离过程。从生物燃料中分离水或甘油、从矿山尾矿中分离有价值的金属以及从乳制品中分离蛋白质和维生素只是其中几个实例。”