該新發明由一種涂層組成，該涂層在濾膜表面上產生親水，防油分子的薄膜。這些金屬氧化物分子在抵抗油的同時抓住任何松散的水原子。對于科學家來說，這些雙重特性被稱為親水性和疏油性。

“清潔含油水的最佳方法之一是使用膜，”Argonne分子工程研究所所長Seth Darling說。“問題是油粘在膜上并堵塞孔直到膜停止工作。今天，如果人們有油污膜，要么他們更換它或者他們試圖用刺激性化學品清洗它來洗掉油“。

科學家使用了一種稱為原子層沉積的方法，該方法使用化學蒸汽在所有濾膜表面沉積一層非常薄的金屬氧化物涂層。他們嘗試在現成的商用聚合物膜上使用不同的金屬氧化物，以找出哪種效果最好。該團隊于8月14日在ACS Nano上公布了結果。

達林說，原子層沉積本身并不新鮮，但以前從未用這種方法來修飾膜。

“這是一種前沿，”達林說。“涂層厚度只有幾納米。如果涂層比這厚，它會封閉微孔。你想要的是孔隙結構的微小變化，但你想改變物質襯里的化學性質那些毛孔。“

為了在過去創造這一層，人們試圖通過將納米粒子流過膜或在膜上生長來將納米粒子附著到膜上。但是當水流過這些系統時，顆粒往往會被扯掉。原子層沉積是不同的，因為在這種情況下，金屬氧化物膜與其所粘附的聚合物形成強化學鍵。在原子層沉積過程中，膜暴露于一系列蒸汽，這些蒸汽將分子粘在一起，與聚合物形成共價鍵

“有些聚合物比其他聚合物更容易結合，有些聚合物會排斥油，有些則不會，”達林談到他的小組使用各種金屬氧化物的過程。“在這一點上，我們非常清楚哪些工作和原因。”

氧化錫和氧化鈦與水分子形成最緊密的鍵，捕獲它們并將它們分層在表面上。

“當油接觸膜時，它將保持分離，因為它會流過水層，”負責該項目的博士后研究員楊浩成說。

對于石油和天然氣工業而言，污垢膜可能是代價高昂的麻煩。例如，當石油公司在水力壓裂過程中更換堵塞的過濾器時，他們必須關閉他們的設備以進行更改。Argonne負責該技術的業務開發主管John Harvey表示，像這樣的耐油膜可以顯著減少更換過濾器的需求和產生的停機時間。

“僅僅從我對石油和天然氣行業的了解來看，如果我們能夠生產的膜的性能甚至是我們在實驗室測試中看到的一小部分，那么它將比現在的可用產品顯著提高。這代表了巨大的節省“哈維說。

該行業中的另一個問題涉及用于壓裂的水，其通常從存在的油，鹽和其他污染物返回地面。如果受污染的水對含水層構成威脅，則不能將其返回地面，因此行業通常必須找到另一種處理方式。

現在使用的膜可以去除其他污染物，但它們會被油污染。原子層沉積過程可防止膜堵塞，從而更好地過濾通過它們的水。

“通過這種技術，他們可以繼續使用這種水，”哈維說。“這可能是他們今天使用的過濾裝置的直接替代品。”

該方法還可以幫助石油泄漏清理工作。在溢油應急中，柴油燃料被用作管道和容器上的清潔劑，這留下了混有油和污垢的柴油的浪費。但Darling指出，用氧化物處理的管道和容器表面可以清洗干凈。

親愛的，誰也發明了奧萊奧海綿，能泡出油海上的材料水說，他認為這兩種技術可以在演唱會被用于未來的清理和也的事情，他和他的科學家可能有一個主機還沒有想到。

“我從Oleo Sponge那里學到的一件事是，你不能在開始時設想所有可能的應用，”他說。“我們期待石油公司的興趣，但我們也聽說過化妝品行業和體育用品制造商。所以我懷疑一旦這種情況發生，人們也會提出我們從未想象過的應用程序。”

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更多信息： Yang-Cheng Yang等。原子層沉積的原油拒油膜：氧化物界面工程，ACS Nano（2018）。DOI：10.1021 / acsnano.8b04632