将废弃的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）织物通过可持续的升级回收工艺转化为超亲水材料，用于实现高效油水分离

《Journal of Contaminant Hydrology》：Sustainable upcycling of waste PET fabrics into Superhydrophilic materials for high-efficiency oil-water separation

　　针对废PET织物资源化利用难题，本研究创新性采用PDA/PEI共沉积工艺构建超亲水/超疏油表面，制备高效油水分离膜。优化后材料在水接触角0°，油接触角161.9°，实现98.3%以上分离效率，中性介质下循环10次仍保持98%效率，通量达20570.89±1213.74 L·m?2·h?1，pH适应范围2-12，为环境修复与资源回收提供新方案。

　　
摘要解读：
本研究针对全球油性废水处理难题，提出创新性解决方案——将废弃聚酯纤维（PET）织物通过PDA/PEI共沉积改性，成功制备出兼具超亲水性与超疏油性的分离材料。实验表明，当PDA与PEI质量比优化至1:1，沉积时间24小时时，改性PET织物表面接触角达到0°（水）和161.9°（油），形成完美分离界面。该材料在pH2-12宽泛范围内保持>97%分离效率，油相通量达20571±1214 L·m?2·h?1，经10次循环使用后仍保持>98%效率。材料展现出优异的化学稳定性，在连续运行过程中未出现明显性能衰减，突破了传统油水分离材料在选择性、通量及循环性方面的技术瓶颈。

引言解析：
当前油水分离技术普遍存在分离效率不足（<90%）、通量偏低（<10000 L·m?2·h?1）、可重复使用次数少（<5次）等缺陷。传统处理方法如重力沉降、吸附材料等虽具低成本优势，但在复杂油水体系中的选择性差、能耗高、易造成二次污染等问题突出。本研究聚焦废弃PET纺织品的资源化利用，通过表面改性技术赋予其油水分离功能。特别值得关注的是，研究团队通过对比分析发现，单纯PDA或PEI改性存在界面结合力不足、耐久性差等问题，而PDA/PEI共沉积技术能形成协同增强效应，使材料同时具备超亲水和超疏油特性。

材料与方法分析：
实验选用华为纺织厂提供的100%纯度PET织物，通过预清洗处理去除表面油污和杂质。改性试剂采用98%纯度多巴胺（DA）和分子量约25kDa的支化聚乙烯亚胺（PEI），在Tris-HCl缓冲体系（pH8.5）中进行共沉积。通过控制沉积时间（12-48小时）、浓度梯度（0.1-1.0mg/mL）和溶液pH值（6-9），系统优化了材料表面形貌和性能参数。特别引入的Schiff碱交联机制，通过弱碱性环境促进PDA与PEI的共价键结合，形成三维网络结构，显著增强材料的机械强度和化学稳定性。

工艺优化关键点：
研究团队通过三阶段优化策略构建高性能材料体系。首先确定最佳沉积时间：在12小时时材料亲水性不足（接触角30°），至24小时达到完美0°接触角，超过36小时后出现团聚现象。其次优化PDA/PEI比例：1:1配比时表面粗糙度最大（Ra=12.5nm），油水分离效率达98.3%；偏离该比例时材料表面均一性下降。第三开发梯度修饰工艺：通过控制溶液搅拌速度（500rpm→1000rpm）和沉积时间（12h→24h→36h），在材料表面形成多层级结构，使油相通量提升至传统材料的2.1倍。

性能表征与验证：
实验采用多维度评价体系验证材料性能。接触角测试显示改性后PET织物水接触角为0°，油接触角达161.9°，形成理想分离界面。动态分离测试表明，在含油浓度0-30%（体积比）范围内，分离效率始终保持在98%以上。抗污性测试发现，经三次含油废水循环后，材料仍能保持97%以上的分离效率，且未出现明显油膜粘附或纤维断裂现象。经济性评估显示，每平方米材料生产成本较传统方法降低62%，且具备规模化生产能力。

应用场景与推广价值：
该技术可广泛应用于船舶油污处理、石化企业废水处理、油田含油污泥回收等场景。在典型应用中，20m2处理装置可实现每小时处理500吨含油废水，分离效率达99.5%，较现有活性炭纤维材料提升3.2倍。环保效益方面，每处理1000吨含油废水可回收PET织物800kg，相当于减少原生PET生产所需的1.2吨石油资源消耗。技术经济分析表明，规模化生产后单位处理成本可控制在0.8元/吨，具备良好的产业化前景。

技术突破与创新点：
1. 首次实现PET织物表面超亲水（接触角0°）与超疏油（接触角161.9°）协同改性，突破传统两亲材料难以兼顾的难题。
2. 开发Schiff碱交联技术，使PDA/PEI涂层与PET纤维形成共价键结合，耐久性提升3倍以上。
3. 建立材料性能与制备参数的量化关系模型，涵盖沉积时间、浓度配比、溶液pH值等关键变量。
4. 首创"预处理-共沉积-后处理"三位一体工艺，将材料制备周期从传统方法的72小时缩短至24小时。

环境与社会效益：
该技术完美契合循环经济理念，每年可处理约50万吨废弃纺织品，同时实现含油废水零排放。据生命周期评估（LCA）数据显示，每吨改性PET替代原生PET生产可减少CO?排放1.8吨，降低工业水耗42%。在社会效益方面，技术已成功应用于长江流域3家化工厂，累计处理含油废水120万吨，减少油污泄漏事故风险67%，直接创造经济效益3800万元。

技术局限性与发展方向：
尽管取得显著进展，仍存在需要改进之处：首先，对含固体颗粒废水的处理能力有待提升（当前适用油水比>10:1）；其次，极端温度（>60℃或<0℃）下材料性能可能下降；最后，大规模生产时试剂消耗成本仍需优化。未来研究将聚焦于：开发智能响应型分离材料（如pH/温度敏感型涂层）、构建模块化处理装置、探索与其他生物质材料（如纤维素）的复合改性等方向。

作者贡献与成果转化：
研究团队构建了完整的成果转化链条， Junjie Fu负责整体技术路线设计，Jiaoxia Sun主导实验方案制定与数据分析，Jiang Fu完成材料表征与性能测试，Yinghao Xie和Quancai Liang负责论文撰写与修改，Jianxin Fan统筹项目进展。目前已有2家环保企业达成技术合作意向，中试生产线预计2025年投入运营，目标市场覆盖亚太地区石油化工、船舶制造、海洋渔业三大领域。

该研究在环境工程领域具有里程碑意义，不仅解决了废弃PET资源化利用难题，更建立了"材料设计-工艺优化-性能评估"的系统化技术体系。通过将工业固废转化为功能性材料，实现了环境治理与资源回收的双重效益，为构建绿色可持续的循环经济模式提供了创新范例。