去垢性及其对油乳液筛分与分离的意义

将石油烃从水中分离是一个需要解决的重要问题，以减轻烃类对水生生态系统的灾难性影响。解决海洋油水分离问题的一个合理方法是借助表面活性剂分散油，以尽量减少水面大面积浮油的形成，并最大化油水界面面积。在此，我们研究了此类表面活性剂稳定液滴的基本润湿和输运行为，以及进行这些稳定乳液筛分和分离所需的流动条件。我们表明，对于水溶性表面活性剂，由于去垢效应，此类液滴会被一系列材料（本质上具有水下超疏油性）完全排斥；因此，无需表面微/纳米织构或化学处理来排斥油并防止过滤器结垢。然后，我们模拟并实验研究了乳液流速对此类液滴在刚性网格上的输运和撞击行为的影响，以确定过滤给定直径 (d) 的液滴所需的最小孔径 (w)，从而最小化通过网格的压降并因此最大化过滤效率，该效率强烈依赖于 w。我们定义了一个预期液滴变形最小的流动条件和液滴尺寸范围，并因此发现 $w \approx d$ 的条件足以实现高效分离。基于这一新认识，我们演示了使用一种市售过滤器——无需任何额外的表面工程或功能化——从表面活性剂稳定的乳液中分离油滴，通量为 11,000 L m$^{-2}$ hr$^{-1}$ bar$^{-1}$。我们相信这些发现可以为未来油分离材料的设计提供参考。