由于在日常生活和工业生产中对获得超纯液体和精确筛选化学物质的需求，对于固-液和液-液的两相混合体系，从连续相中分离超细的分散相变得愈加重要。在纳米尺寸筛分技术中，膜分离法展现出效率高、能耗低且环境友好等优势。但是，构筑含均匀分布孔结构的膜材料，以平衡截留率与通量的矛盾并获得微小截留尺寸，仍然具有难度。更重要的是，已报道的单一功能化膜材料虽然可以实现纳米粒子、蛋白质和乳液等物质的筛分，但研究者们仍期待获得具有集成分离功能且对水相及有机相均适用的新型材料。具有均一孔及高孔隙率的骨架材料为满足以上需求提供了可能，然而由刚性配位键或共价键驱动形成的粉末态或结晶态材料自身加工性差，且难以与聚合物等辅助材料兼容。在课题组前期工作中（Nat. Commun.,2023, 14, 975;Nat. Commun.,2020, 11, 425;Nat. Commun.,2016, 7, 10742），分子间相互作用驱动的超分子骨架组装体具有组成及结构上的灵活性，其中的多重组分可集成丰富的功能特性，有希望构筑为具有广泛适用性和高效率的超细粒子分离膜。
近期，吉林大学吴立新课题组提出了一种将超分子骨架纤维与聚合物混合的策略。骨架组装体为选择性拦截提供均匀的纳米孔，并为亲液/疏液切换提供可控的浸润性。添加的聚合物可填充纤维间的缝隙，并提高机械性能。该材料显示出油下超疏水和水下超疏油性，通过操纵溶剂的调节即可实现原位的转换。该复合膜可对分散在有机溶剂和水中的超细纳米颗粒进行可切换筛分，此外，还可实现含及不含表面活性剂的油包水和水包油微乳液的按需分离。无论对于硬粒子还是软液滴，膜的截止尺寸均小至约3 nm，且在持续的原位可逆切换过程中表现出保持的分离效率。
图1膜的形貌和力学特征。（a）SF-P0、（b）SF-P50和（c）SF-P75的SEM图像。（d）SF-P50和PCL的应力-应变曲线。SF-P50的抗拉强度和断裂伸长率分别为16.2 MPa和284%，PCL的抗拉强度和断裂伸长率分别为17.6 MPa和497%。（e）SF-P50的数码照片，尺寸为100×200 mm2。
图2SF-P50可转换的表面浸润性。（a）干燥、（b）甲醇浸润、（c）油浸润和（d）水浸润SF-P50的液体接触角。（e）在10次的连续循环中，SF-P50在油浸润态时的油下水接触角和水浸润态时的水下油接触角。
图3 SF-P50对固体硅纳米粒子的分离性能。硅纳米粒子在环己烷（a）待分离液和（b）滤液中、在甲醇（c）待分离液和（d）滤液中以及在水（e）待分离液和（f）滤液中的DLS数据和TEM图像。
图4 Span80稳定的正己烷包水型乳液（Span W/H）（a）及其（b）滤液，Tween80稳定的水包正己烷型乳液（Tween H/W）（c）及其（d）滤液的DLS数据。
图5乳液分离机制示意图。根据Laplace公式，（a）水无法渗透油浸润态的SF-P50，（b）油无法渗透水浸润的SF-P50。依据尺寸筛分机制，（c）油包水型和（d）水包油型乳液的分离过程。
论文信息：
Non-stop switching separation of superfine solid/liquid dispersed phases in oil and water systems using polymer-assisted framework fiber membranes
Yue Zhang, Guohua Zhang, Bao Li, Lixin Wu*
Small Methods
DOI: 10.1002/smtd.202201455
