福州大学机械工程及自动化学院任志英教授团队联合石油化工学院侯琳熙教授，近期在化工领域国际顶级期刊《美国化学工程师协会杂志》(AICHE JOURNAL)上在线发表了研究成果《坚固的石墨烯/聚乙烯醇气凝胶用于高通量、高纯度的油包水乳液分离及其仿真模拟》【Robust graphene/poly(vinyl alcohol) aerogel for high-flux and high-purity separation of water-in-oil emulsion and its computational fluid dynamic simulation)】。该成果以福州大学为第一署名单位，杨宇同学（机械工程及自动化学院2020级博士研究生）为第一作者，任志英教授和侯琳熙教授为共同通讯作者。
超润湿表面以效率高、能耗低、抗污染等优点常用于油水分离领域，但由于纯度和通量之间的权衡效应，开发高纯度、高渗透性的油水分离材料至今仍是一个艰巨的挑战。
图1 FGPA制备过程示意图。
针对该问题，项目组通过简便的冷冻干燥法和气相沉积法得到了具有牢固蜂窝结构的超疏水石墨烯/聚乙烯醇气凝胶；在其复杂多变的孔径和超疏水性的协同作用下，石墨烯/聚乙烯醇气凝胶仅在重力下就可以分离水滴粒径小于自身孔径数倍的油包水乳液，而且具有超高通量(3255 L/m2 h)和超高纯度(99.9%)，比需要外部压力驱动的二维聚合物或无机膜高出1-2数量级。并通过CFD仿真模拟将不可观测的分离过程可视化，发现了水滴的回弹、涡流、聚集、拦截及破碎等现象，提出涡流分离机制：涡流会加快破乳行为，促进在超疏水表面回弹的水滴聚拢，从而水滴被拦截。这一新方法制备的超疏水石墨烯/聚乙烯醇气凝胶在高速高精度的油水乳液分离中具有广阔的应用前景。
该研究工作是一项典型的多学科交叉研究成果。由福州大学机械工程及自动化学院任志英教授、林有希教授团队和石油化工学院侯琳熙教授团队共同完成，得到国家自然科学基金（52175162、51805086、51975123）和福建省自然科学基金（2019J01210）的支持。目前，任志英教授课题组的这一科研成果正在与兰州中国物理化学研究所固体润滑国家重点实验室开展紧密合作，通过对金属橡胶内部线匝进行微纳米化处理，使其在提高金属橡胶材料耐腐蚀性和耐磨性能的同时，具有优异的分离油水或乳液功能，在环境清洁材料研制领域大有用武之地。
（《美国化学工程师协会杂志》(AICHE JOURNAL)是化学工程技术领域国际顶级期刊，主要刊登化学工程领域新材料、新技术和新方法，是福州大学认定的国际顶级期刊。）
本文来自水凝胶，本文观点不代表石墨烯网立场，转载请联系原作者。
