スケーラブルで切り替え可能な CO2

Volume sulle comunicazioni sulla natura

Nature Communications volume 14、記事番号: 1108 (2023) この記事を引用

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応答性の高い湿潤性を備えたスマートな膜は、非混和性の油水混合物や界面活性剤で安定化された油/水エマルジョンなどの油/水混合物を制御可能に分離するのに有望です。しかし、膜は外部からの刺激が不十分であったり、濡れ性の応答性が不十分であったり、拡張性が難しかったり、自己洗浄性能が劣ったりするという課題があります。ここでは、さまざまな油/水システムをスマートに分離するための、拡張可能で安定した CO2 応答性膜を構築するための、毛細管力駆動の閉じ込め自己組織化戦略を開発します。このプロセスでは、CO2応答性共重合体が毛細管力を操作することで膜表面に均一に付着し、最大3600cm2の大面積とCO2下での高疎水性/水中超親油性と超親水性/水中超疎油性の優れた切り替え濡れ性を備えた膜を生成します。 /N2刺激。この膜は、不混和混合物、界面活性剤で安定化されたエマルション、多相エマルション、汚染物質を含むエマルションなどのさまざまな油/水システムに適用でき、高い分離効率 (>99.9%)、リサイクル可能性、およびセルフクリーニング性能を実証します。この膜は、堅牢な分離特性と優れた拡張性により、スマートな液体分離に大きな影響を与えます。

濡れ性や撥液性などの表面特性を操作できることは、基礎研究と応用の両方において非常に重要です1、2、3、4、5。この古典的な例は、膜ベースの油水分離です。この分離では、特殊な湿潤性を備えた膜により、一方の相 (たとえば、油) が浸透し、もう一方の相 (たとえば、水) がブロックされます 6、7、8。それにもかかわらず、ほとんどの従来の超湿潤膜の湿潤性は単一で変更不可能であるため、その用途は 1 つの特定のケース (水の除去または油の除去) に厳しく制限されていました。異なる種類の非混和性および乳化混合物の共存による実際の油/水混合物の複雑さを考慮すると、マルチタイプの油/水分離に適用するための調整可能な湿潤性を備えたスマート膜の開発が強く望まれています。

環境条件の変化に応じて物質移動と界面特性を自己調節するための刺激応答性チャネルを備えた細胞膜にヒントを得て、湿潤性を切り替えられる人工膜は、インテリジェントな油水分離の分野における新たなフロンティアとなっています。従来の水除去膜または油除去膜と比較して、これらの人工膜は、外部刺激（温度、pH、電気、光、磁気など）に応じて、構造的、形態学的、または分子構造のスイッチを受けて、表面の湿潤性と液体輸送チャネルを調整することができます。フィールドまたはイオン); その結果、制御可能な油/水分離が達成されます。現在までに、油/水混合物の制御可能な分離を目的とした、湿潤性を切り替え可能な人工膜に関する多くの研究が報告されています11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21。ただし、いくつかの根深い課題は未解決のままです。一方で、既存の湿潤性を切り替え可能な膜のほとんどは、複雑で高価な製造プロセス (化学グラフト化や層ごとの自己組織化など) に悩まされています 22。これらの欠点は、大規模用途への適合性を妨げるだけでなく、膜内に応答部分がまばらまたは不均一に存在することにもつながり、これにより、表面濡れ性の応答性が不十分になり、さまざまなエマルションの分離制御性が不十分になります。一方で、前述のトリガーを適用するには、経済的、環境的コスト、製品の汚染などの大きな制限があります。たとえば、高エネルギーの電気や熱の刺激は、システムにある程度の損傷を与える可能性があります23。光、磁場、または機械的場の刺激には、侵入深さの制限があります。 pH、イオン、酵素、または酸化還元をトリガーとして使用する場合、化学薬品の繰り返し添加に伴う副生成物の必然的な生成により、感度の低下を伴う複雑で弱いサイクルプロセスが生成されます10。

近年、CO2応答性の材料やシステムへの関心が高まっています。他の刺激と比較して、CO2 は無毒で安価で、化学種を蓄積せず、動作条件下でシステムに簡単に追加またはシステムから除去できます 24,25,26,27,28,29,30,31,32。したがって、CO2 は湿潤性を切り替えられる膜の設計の有望な候補です。たとえば、ユアンら。高効率の油/水分離のための CO2 応答性ナノファイバー膜を作製しました 33。 CO2/N2 交互刺激下で、このナノ繊維膜は表面の油/水の湿潤性を可逆的に制御し、非混和性の油/水混合物の高度に制御可能な分離を達成しました。連続気泡構造と CO2 切り替え可能な湿潤性を備えた多孔質膜が Zhu et al. によって報告されました。連続的な油中水型高内相エマルジョンテンプレートによる 34. この膜の湿潤性は、乾燥または CO2 処理によって疎水性または超親油性と親水性または水中超疎油性の間で切り替えることができ、クロロホルム/水および水/ヘキサン系の両方で 96 wt% 以上の高い分離効率を実現しました。このような大きな進歩にも関わらず、現在の CO2 応答性膜は依然として非混和性の油と水の混合物の分離にのみ有効であり、さまざまな安定したエマルジョン系に対する CO2 応答性膜に関する関連研究は未開拓のままです。さらに、CO2 応答性膜の製造戦略は他の刺激応答性膜の製造戦略と類似しているため、複雑な製造、低い生産性、困難なスケールアップなどのいくつかの重要な問題が依然として避けられません。実験室での使用に限定されており、工業化は困難です。したがって、複雑なエマルジョン系での応用可能性を活用するには、CO2 応答性膜を製造する簡単かつ低コストのルートが依然としてとらえどころのない課題であり、この方向の研究努力が非常に必要とされています。

ここでは、自然界の毛細管現象にヒントを得て、毛細管力駆動閉じ込め自己組織化 (CFCS) 法による CO2 応答性膜の作製のための概念的な設計戦略を紹介します。この方法は、2 つの疎水性基板をクリアランスを持って平行に積み重ねて毛細管力を形成し、CO2 応答性ポリマー溶液 (ポリ(ジエチルアミノエチルメタクリレート-co-メチルメタクリレート、PMMA-co-PDEAEMA) を限られた領域に押し込み、続いて自己-繊維の表面と内部でその場で集合する毛細管力を操作することで、PMMA-co-PDEAEMA は繊維に均一に付着し、膜表面の濡れ性の切り替え能力を高めることができます。この研究では、共重合体の集合挙動と表面のまず、CFCS プロセス中の膜の湿潤性を研究し、次に、CO2/N2 刺激レベルとコポリマー中の MMA/DEAEMA の比を変化させることにより、得られた膜のガス切り替え可能な表面の湿潤性を徹底的に研究しました。さまざまな油/水システム、特に界面活性剤で安定化された O/W および W/O エマルションおよび多相エマルション混合物に対する膜の調整可能な分離性能と、さまざまな汚染物質に対するガス調整可能な自己洗浄性能が体系的に調査されました。基礎研究と産業応用の両方を考慮すると、提案された CFCS 法が刺激応答性膜の工業規模の生産を実現するための効果的な戦略を提供すると予想されます。

CFCS法によるCO2応答性膜の作製プロセスを図1Aに模式的に示します。ラジカル共重合反応によって合成された一連の PMMA-co-PDEAEMA コポリマー (補足図 1 および補足表 1) が、この研究では CO2 応答性ポリマーとして選択されました。PDEAEMA セグメントはコポリマーに CO2 に対する高い感受性を与えますが、水に不溶な PMMA セグメントは、CO2 刺激下でコポリマーが生地基材から脱落するのを防ぎます。次に、2枚のアクリル板を重ね合わせた隙間の内側にポリエステル生地を固定しました（図1B）。その後、１０重量％の共重合体溶液（溶媒としてＴＨＦ）をギャップの端にゆっくりと注入した。次に、毛細管力により、溶液はギャップ幅によって形成される限られた空間に広がり、布地の表面および内部でその場で自己集合が起こります。熱処理後、PMMA-co-PDEAEMA でコーティングされた布膜、つまり PPFM が正常に構築されました。 CFCS プロセスでは、プレートのギャップ幅と湿潤性が、調製されたままの PPFM の形態と湿潤挙動を決定する 2 つの重要な要素です。前者は毛管力を決定し、後者は毛管力の方向を決定します。ヤングおよびラプラス方程式35、36。したがって、この研究では、コポリマー溶液の下でプレートの接触角 (CA) を測定することによってプレートの濡れ性を調査しました。図 1B および補足図 2 は、時間の経過に伴う動的な CA 変換プロセスを示しています。特に、共重合体の液滴は崩壊し、短時間で完全に広がり、アクリル板表面への共重合体溶液の優れた濡れ性が実証されました。このように、ギャップ内のコポリマー溶液のヘッドは凹状のメニスカスを持ち（補足図3）、毛管力の方向をギャップの内部に保ち、ギャップ内の溶液の輸送に有益です。毛管力に対するギャップ幅の影響を補足図4に示します。一方で、ラプラス方程式によれば、毛管力は毛管半径（この場合はギャップ幅）に反比例します33。したがって、ギャップ幅を増やすと、理論的には毛管力が継続的に低下する可能性があり、その結果、毛管内で溶液を拡散させるのに十分な力が得られなくなります。一方、ギャップ幅が増加すると、重力の影響が無視できなくなり、布基材の上下の溶液の拡散挙動に重要な影響を及ぼします。つまり、織物基材の上の溶液（A 面と呼ばれる）は織物上に堆積する傾向があり、一方、下にある溶液（B 面と呼ばれる）は重力により織物から離れる傾向があり、不均一なコポリマーが発生します。アセンブリの動作と両面の表面の濡れ性。この仮説をさらに確認するために、走査型電子顕微鏡 (SEM) を実行して、両側の形態学的進化を特徴付けました。図1Cおよび補足図5に示すように、ギャップ幅を150μmから300μmに増加させると、特にギャップ幅300μmでは、A側の繊維骨格と3D編組構造がコポリマーによって徐々に覆われます。、完全にカバーされているためです。対照的に、この構造情報はギャップ幅の全範囲にわたって常に B 側で観察できます。断面SEM画像（補足図6）およびEDSラインスキャン（補足図7および8）は、A側のコポリマー層の厚さが大幅な増加を示しているのに対し、A側のコポリマー層の厚さは大幅な増加を示しているため、この形態の違いをさらに確認します。 B 側は、ギャップ幅の増加に伴いわずかな増加を示すだけです (補足図 7)。さらに、両面の表面濡れ挙動に対するギャップ幅の影響をさらに調査するために、水接触角 (WCA) 分析が実施されました。補足図9に示すように、ギャップ幅の増加に伴い、両側のWCAの差は~0°から~24°に跳ね上がり、大きなギャップ幅は両側に均一な表面湿潤性を形成するには不利であることが確認されています。。図1Cおよび補足図5から、ギャップ幅を増やすと両側のWCAが減少することもわかります。例えば、B 面の WCA はギャップ幅 150 μm では 146.2°ですが、ギャップ幅 300 μm では値が 97.8° まで劇的に減少します。この現象は主に、大きなギャップ幅での厚いコポリマー層が調製されたままの PPFM の 3D 表面トポロジーを滑らかにし、その結果表面粗さが低下するために発生します。 COMSOL シミュレーションを実行して、ファブリック基材の各面でのコポリマーの集合挙動をさらに調査し、この情報を使用して PPFM の形態の違いを解明しました (シミュレーションの詳細は SI で入手可能です)。図1Dおよび補足図。図１０および１１は、ＣＦＣＳプロセス中の異なるギャップ幅の下での各側のコポリマー溶液の速度場および圧力場を示す。ギャップ幅を大きくすると、両側の速度と圧力の分布が明らかに非対称になり、これは実験結果とよく一致します。

毛管力駆動閉じ込め自己組織化法による PPFM の製造プロセスの概略図。 B 2 枚のアクリル板を重ね合わせることにより生じる密閉領域の形成の模式図 (中央) と光学像 (左)。アクリル板表面上の PMMA-co-PDEAEMA コポリマー液滴の経時的な動的 CA 変換 (右)。使用した液滴は、10 wt% PMMA-co-PDEAEMA コポリマー (MMA/DEAEMA 比 0.5) 溶液です。 C 準備されたままの PPFM 表面の両面の SEM 画像と WCA。スケールバーは200μmです。 D COMSOL シミュレーションに基づく、異なるギャップ幅の下での各側のコポリマー溶液の速度場。ギャップ幅が増加すると、A 側のコポリマー溶液の速度が B 側の速度よりも大きくなり、その結果、A 側での PMMA-co-PDEAEMA コポリマーの蓄積が増加します。

前述の結果によれば、理想的な形態と安定した表面濡れ性を達成するために、最適なギャップ幅は 150 μm に設定されました。ギャップ幅150μmでの調製されたままのPPFMの詳細な化学組成は、エネルギー分散型X線分光法（EDX）元素マッピング（補足図12）、フーリエ変換赤外（FT-IR）分光分析（補足）によって特徴付けられました。図13）、およびX線光電子分光法（XPS）（補足図14）。補足図9に示すように、元の生地と比較して、PMMA-co-PDEAEMAコポリマーに由来する新しい元素Nが観察され、PPFM内に均一に分布しており、PPFMの製造が成功したことを示しています。拡大された断面SEM画像（補足図15）も、マイクロファイバーがPPFMのコポリマー相によってしっかりと結合していることを示すことによってこれを確認します。さらに、元の生地とPPFMのスペクトルと比較して、850 cm-1に現れる新しいピークは、FT-IRスペクトルの三方晶系CN（-C）-Cユニットに属しており（補足図13）、典型的なN XPSスペクトルの約286 eVに現れる1sピーク（補足図14）はPPFMで観察でき、これはコポリマーがPPFM（膜の内側と外側）に堆積していることをさらに検証します。

コポリマー中の MMA/DEAEMA の比は、調製したままの PPFM の表面湿潤性の切り替え能力とその後の CO2 調整可能なエマルジョン分離性能に重要な役割を果たすため、その効果を調査するために一連の研究が実施されました。 CO2/N2 交互刺激下での水接触角 (WCA) によって測定された、さまざまな MMA/DEAEMA 比。図 2A に示すように、初期状態 (つまり、大気環境) では、すべての PPFM で 60 分間にわたって >140°の安定した WCA が得られます (図 2B)。MMA/DEAEMA 比が増加すると、これらの WCA はわずかな傾きを示しています。この結果は、膜表面の疎水性を悪化させるコポリマー中のDEAEMA含有量の減少によって説明される可能性があります（補足図16）。 CO2 処理後、すべての PPFM は高疎水性から超親水性へと顕著に変化し、WCA は >140°から 0°まで大幅に減少しました (図 2A、B)。 N2 を通過させることによって CO2 を除去した後、すべての膜の湿潤性は初期の疎水性状態に戻ります。以前に報告された刺激応答性膜（図 2C）と比較して、PPFM は最大範囲の WCA を示し、スイッチング表面の濡れ性が良好であることを示しています。同様の現象は、PPFMの水中油接触角(UOCA)と油中水接触角(UWCA)でも観察され(補足図17)、CO2/N2バブリングを切り替えると、水中超親油性から水中超疎油性への可逆的な湿潤性転移を達成できます。補足図18に示すように、2つの極端な湿潤性値の間のスマートで制御可能な移行は、応答性の明らかな変動なしに10回以上繰り返すことができ、PPFMの良好なガススイッチング能力を示しています。この堅牢な濡れ性遷移は、コポリマーの PDEAEMA セグメント内のアミン基のプロトン化および脱プロトン化効果によって説明できます (図 2D)29、33、37。つまり、中性の水性媒体中では、最初の PDEAEMA セグメントは脱水され鎖が崩壊した状態にあり、膜表面に高い疎水性を与えます。 CO2 処理により、崩壊した PDEAEMA セグメントは、第三級アミン基のプロトン化により鎖が伸長した状態に変換され、材料が水の捕捉に有利になります。その後の N2 パージにより、伸張した PDEAEMA セグメントが徐々に脱プロトン化し、その結果、コイル状構造が形成され、その後、表面の湿潤性が超親水性から高疎水性に移行します。この可逆プロセスを確認するために、図 2E、F に示すように、PMMA-co-PDEAEMA コポリマーの 1H NMR スペクトルの変化と CO2/N2 刺激下での PPFM のその場 FTIR スペクトルを実行しました。 D2O およびテトラヒドロフラン中での CO2 処理時-D8 (1:1)、PDEAEMA の化学シフト、特に隣接する N 原子グループ (例、2.6 ppm および 2.8 ppm で第三級アミン基に結合したエチル基のプロトン) は、徐々に低磁場シフトを示します (図 2E)。および補足図19）反応時間の関数として。これは、アミン基のプロトン化によって引き起こされるアミン基内の N 原子の電子雲密度の減少によって起こりました 38。 N2 バブリングにより、これらの化学シフトは初期状態に回復しました。その場FTIRスペクトル分析（図2Fおよび補足図20）は、2400〜2300 cm-1の特徴的なピークがCO2に属し、3700〜3600 cm-1のピークがH2Oの-OH基に属していることを明らかにしています、そしてそれらの強度は、CO2 と H2O の浸透時間が増加するにつれて徐々に増加します。 N2 を注入した後、これらのピークは徐々に消え、これらのピークが CO2 と H2O の可逆吸収から生じていることが確認されます。

CO2/N2 処理下でのギャップ幅 150 μm の PPFM-0.5 の WCA の時間依存性変化。 CO2 と N2 は 25 °C でパージされました。ガス流量は 20 mL min-1 でした。 B さまざまな状態でのギャップ幅 150 μm の PPFM-0.5 上の水滴の濡れ性の動的光学画像。 C 文献で報告されている当社の PPFM およびその他の刺激応答性膜の WCA 値の範囲48,49,50,51,52,53,54,55,56,57,58,59,60,61,62,63,64 、65、66、67、68、69、70、71、72、73。 D CO2/N2 刺激下での PPFM の表面湿潤機構の概略図。 E CO2 をバブリングする前後の、D2O およびテトラヒドロフラン -D8 (1:1) 中の PMMA-co-PDEAEMA コポリマーの 1H NMR スペクトル。 F CO2/N2 刺激下での PPFM-0.5 のその場 FTIR スペクトル。

さらに、補足図21に示すように、CO2 / N2条件下での表面の濡れ性の差は、MMA / DEAEMA比が増加するにつれて大きくなりました。 MMA/DEAEMA 比 0.5 では、調製したままの FFPM は、他の比のものと比較して、高疎水性 (WCA = 146°) から超親水性 (WCA = 0°) への優れたガス応答性変化を示します。細孔サイズ分析（補足図22）、1H NMR（図2Eおよび補足図19）、EDSラインスキャン（補足図8）およびその場FTIRスペクトル（図2Fおよび補足図20）と併せて) 異なる MMA/DEAEMA 比を持つ PPFM の場合、この作業全体を通じて、以下の特性評価と性能テスト用に PPFM を準備するために、最適な MMA/DEAEMA 比 0.5 が適用されました。

ガス調整可能な表面湿潤性は、調整可能な非混和油/水混合物の分離に対する調製されたままの PPFM の実現可能性を示します。したがって、一連の概念実証実験が実施されました。補足図23は、CO2およびN2の刺激下、25℃で得られた膜の純水透過度を示しています（セットアップ図と水透過度の測定の詳細はESIに示されています）。対照として、同じ条件下で調製した純粋なポリエステル繊維膜の透水性も試験した。溶液に CO2 をバブリングすると (流速: 20 mL/min)、PPFM の透水性は 10 分後にプラトーに達するまで増加しましたが、純粋なポリエステル繊維膜は同じ CO2 刺激下でも透水性に変化はありませんでした。水透過性の大幅な増加は、膜表面の親水性の増加（図2A）、水侵入圧力の減少（補足表2）、したがって膜を通る水分子の輸送を促進したためです。その後、N2を溶液に20分間通過させた後（流速：20 mL min-1）、膜表面は超親水性から高疎水性に変化し（図2A）、その結果、水侵入圧力が増加しました（補足表） 2)。したがって、透水性は徐々に初期レベルに回復する。その後、図 3A に示すように、さまざまな非混和油水混合物を利用して、重力のみによって駆動される制御可能な油水分離を調査しました。もともと、水にCO2をバブリングさせて10分間処理した膜にこの混合物を注ぐと、メチレンブルーで着色した水は速やかに膜を通過できましたが、オイルレッドOで着色した油は膜を通過できませんでした。次に、調製したままの膜を N2 に 30 分間曝露すると、完全に逆の輸送プロセスが観察できました。図 3B に示すように、対応する濾液中の水と油の含有量は 4 種類の油/水混合系で両方とも 5 ppm 未満であり、予想外に高い分離効率を示しています。これは主に、CO2/N2 刺激下での膜の表面粗さの変化によるものです (図 3C、D)。CO2 の存在により、より粗く親水性の高い表面の形成が促進され、保護層が形成されます。この層は水相の通過を許可しますが、油相はブロックします33、39、40、41。 N2 に曝露すると、膜の表面粗さが初期状態に回復し、分離プロセスが完全に可逆的になります。

25 °C で CO2/N2 刺激を加えて、非混和性の油/水混合物を分離するプロセス。 B CO2/N2 刺激下での 4 種類の油/水混合系におけるギャップ幅 150 μm の PPFM-0.5 の分離効率と油分または水の含有量。 C、D CO2/N2 刺激下での PPFM-0.5 の表面粗さの変化。エラーバーは標準偏差を表し、異なるサンプルから測定された少なくとも 3 つのデータポイントに基づいて計算されました。

優れた油水分離性能により、エマルション分離分野における PPFM の潜在的な応用を体系的に研究することができました。軽油や高粘度油などのさまざまな油から得られる、水中油（O/W）タイプや油中水（W/O）タイプなどの界面活性剤で安定化された一連のエマルションを開発しました。処理対象として用意されています。 8種類すべてのエマルションの平均液滴サイズは、Zetasizer Nano機器によって測定され、補足図25に示されています。これらの結果は、多数の液滴（約 1 μm）が対応するエマルション内に十分に分散していることを示しています（補足図 26）。図４Ａに示すように、元の飼料エマルションの乳白色の状態とは対照的に、分離後はすべての濾液が透明になった。さらに、光学顕微鏡とZetasizer Nano機器で測定すると、フィードと濾液の液滴サイズには明らかな違いがあります（補足図25）。明らかなガス切り替え可能なエマルジョン分離性能は、PPFM-0.5 によって達成できます。PPFM-0.5 では、CO2 刺激により膜が W/O エマルジョンを分離できる一方、N2 刺激された膜は O/W エマルジョンの分離を促進します。精製水と油の分析には、それぞれ水分計と全有機炭素 (TOC) 分析装置を使用しました。図 4B、C に示すように、分離後の濾液中のエマルジョンの含有量は、W/O エマルジョンの場合は 40 ppm 未満、純度は 99.5% 以上、W/O エマルジョンの場合は 20 ppm 以下、純度は 99.5% 以上です。 O/Wエマルション。特に n-ヘキサンベースのエマルジョンの場合、ろ液中のエマルジョンの含有量はそれぞれ 19 ppm (O/W) および 12 ppm (O/W) と低く、他の報告されている膜のエマルジョン含有量よりもはるかに少ないです (補足図27）。これらの結果は、これらの安定なエマルジョンの優れた分離性能を示しており、これは水中油型または油中水型に関係なく観察されます。さらに、水除去モードまたは油除去モードに関係なく、すべてのエマルションの分離効率は99.60％を超え、20サイクルにわたって明らかな変化は観察されません（補足図28）。したがって、エマルションは、エマルション分離のための優れた再利用性を備えています。

A CO2/N2 刺激下のさまざまな O/W および W/O エマルションの写真および対応する光学顕微鏡画像。スケールバーは20μmです。 B、C CO2/N2 刺激下、25 °C での W/O (B) および O/W (C) 混合系のギャップ幅 150 μm の PPFM-0.5 の分離効率と油分または水の含有量。 D CO2/N2 刺激下でのギャップ幅 150 μm の PPFM-0.5 表面上の油中水または水中油滴の付着力-距離曲線。 E 吸着種と DEAEMA (上)/プロトン化 DEAEMA (下) の間の非共有結合性相互作用の 2D 散布図。エラーバーは標準偏差を表し、異なるサンプルから測定された少なくとも 3 つのデータポイントに基づいて計算されました。

PPFM-0.5 のガス切り替え可能なエマルション分離の基礎となるメカニズムを明らかにするために、一連の密度汎関数理論 (DFT) 計算を実行しました。以前の報告と今回の研究 (図 2D) で実証されているように、DEAEMA のアミン基は CO2/N2 処理を通じてプロトン化および脱プロトン化することができます。 DEAEMA のプロトン化プロセスが最初に計算されました。明らかに、補足図29に示すように、H3O+でDEAEMAをプロトン化するのは簡単です（DEAEMA + H3Oとして示されます）。次に、水/油吸着に対する H3O+ プロトン化 DEAEMA の影響も研究されました。補足図30に示すように、未処理およびプロトン化DEAEMA上の水と選択された油の吸着エネルギー(Ead)が計算されます。プロトン化前、DEAEMA 上の水の Ead は、油の Ead よりもはるかに低く、油と DEAEMA の間に強い相互作用があることを示しています。 CO2 処理後、水と油の Ead は逆転します。これは次の実験結果と完全に一致します。オリジナルの PPFM-0.5 では、はるかに高い WCA、より小さな UOCA、および油中の水滴に対する超低い付着力が得られます。 CO2 処理 PPFM-0.5 では、WCA が小さく、UOCA が高く、水中の油滴に対する低い付着力が得られます（図 2D および 4D、ならびに補足図 17 および 32）。このような復帰のために、DEAEMA (DEAEAM+H3O+) と水/油の間の相互作用が詳しく分析されました。明らかに、図4Eおよび補足図31に示すように、プロトン化前のファンデルワールス力が水の吸着(緑色の領域)を支配し、プロトン化後の吸着はH結合が支配的でした。しかし、油の吸着もプロトン化前はファンデルワールス力によって支配されており、急速に増加する反発力（緑から赤の領域）により、油が DEAEMA+H3O+ に近づくのが大幅に妨げられるはずです。その結果、油の吸着力は水の吸着力よりも弱く、実験作業中に油と水の混合物の分離が異なります。

実際、産業プロセスや日常生活から排出される実際の排水の成分はかなり複雑です。通常、多相エマルジョン混合物とさまざまな汚染物質が共存しており 42,43、前述の複雑なエマルジョン系に対する PPFM-0.5 の連続分離性能の評価が急務となっています。この研究では、n-ヘキサン、シリコーンオイル、トルエン、およびイソオクタンベースのエマルションがモデル多相エマルションとして選択されました。動作原理は図5Aおよび補足図33に示されています。PPFM-0.5は最初にO / W相エマルジョンと接触し、CO2刺激下で濾液（つまり、水）が含水領域に入ることができます。その後、ＰＰＦＭ－０．５はＷ／Ｏ相エマルジョンと接触する。 N2 バブリングによる CO2 の除去に続いて、PPFM-0.5 は濾液 (つまり、n-ヘキサンまたはシリコーンオイル) を油含有領域に進入させます。各プロセスの分離効率は >99.5% で安定させることができます (図 5B および補足図 34)。したがって、CO2/N2 刺激を変更することにより、PPFM-0.5 は多相エマルジョン混合物の効率的な連続分離を達成できます。 PPFM-0.5 の拡張性と機械的安定性を研究することによって、PPFM-0.5 の産業応用の可能性も調査されました。図 5C ～ E に示すように、面積 3600 cm2 の大型 PPFM-0.5 の製造に成功し、安定した分離性能を示しています。補足図35は、テープ剥離、摩耗、超音波剥離、および引っかき試験によって評価された、PPFM-0.5の機械的安定性を示しています。ご覧のとおり、PPFM-0.5 の分離性能は、マルチサイクル機械テスト後にわずかな変動を示します。機械的試験後の膜のSEM画像を補足図に示します。図３６〜３９は、膜表面の形態が機械的試験後も同じままであることを示している。結果は、PPFM-0.5 が優れた機械的安定性と再利用性を示し、実際の用途での磨耗に耐えることを示しています。

CO2/N2 刺激下での多相エマルジョン系の 2 段階分離プロセスを示す概略図。 B ギャップ幅 150 μm の PPFM-0.5 の 1 段目と 2 段目の操作における分離効率。乳化含有量は、O/W乳化の場合は油分、W/O乳化の場合は水分量をそれぞれ表します。 C 作製した60×60cmの大型PPFMの写真。 D、E 25 °C における W/O および O/W エマルションの両方について、ギャップ幅 150 μm の PPFM における選択領域の分離効率とフラックス。使用した W/O および O/W エマルションは、それぞれ水/n-ヘキサンおよび n-ヘキサン/水エマルションです。 F 25 °C における有機汚染物質の有無にかかわらず、W/O および O/W エマルジョンの両方に対するギャップ幅 150 μm の PPFM-0.5 のセルフクリーニング性能。使用した W/O および O/W エマルションは、それぞれ水/n-ヘキサンおよび n-ヘキサン/水エマルションです。 O/Wエマルジョン中のBSAタンパク質およびTCの濃度は、それぞれ1g/Lおよび50mg/Lであった。 G ガス制御によるセルフクリーニング機構の概略図。エラーバーは標準偏差を表し、異なるサンプルから測定された少なくとも 3 つのデータポイントに基づいて計算されました。

実際の応用では、膜の汚れにより分離性能が低下し、膜の寿命が短くなる可能性があります44、45、46、47。 CO2/N2 刺激下での膜表面の堅牢な切り替え可能な湿潤性により、PPFM-0.5 はセルフクリーニング分野での応用が期待できます。概念実証として、BSA および TC を含む n-ヘキサンベースの O/W エマルションと、モデル有機汚れとして n-ヘキサンベースの W/O エマルションを使用して、PPFM-0.5 のセルフクリーニング性能を評価しました。実験室規模のデッドエンドろ過装置を使用して、重力条件下でのろ過プロセスの 5 サイクル中の膜流束の変化を監視しました。図5Fに示すように、BSAおよびTCを含むO/Wエマルションの場合、膜流束は1サイクル中に325 Lm-2 h-1から100 Lm-2 h-1に急激に減少し、明らかな残留物が検出できます。膜表面に汚れがあり、深刻な膜汚れを示しています（補足図40〜43）。 CO2バブリングで15分間洗浄した後、膜フラックスを効果的に回復させることができ、膜表面はかなりきれいになり、膜表面上のBSAおよびTCファウリングを効率的に除去できることを示しています（補足図40〜43）。 n-ヘキサンベースの W/O エマルションでは、PPFM-0.5 は同様のサイクル安定性を示します (つまり、最初に減少し、CO2 バブリング後に完全に回復します)。セルフクリーニングの動作メカニズムには、CO2刺激下での膜表面の親水性/疎水性の切り替え可能な性質の遷移が含まれ、これはPDEAEMAの三級アミン基のプロトン化と脱プロトン化によって支配されます（図5G）。さらに重要なことは、PPFM-0.5 の洗浄効率はすべてのエマルジョン系で最大 99.5% であり、PPFM-0.5 がさまざまな汚染物質を含むさまざまなタイプのエマルジョン系に対して優れた自己洗浄性能を備えていることを示しています。

要約すると、我々は、CO2/N2交互刺激下で疎水性/超親油性と超親水性/疎油性の間の堅牢な切り替えを示す、ガス調整可能な表面湿潤性を備えたスケールCO2応答性膜を開発するためのCFCS戦略を提案しました。この膜は、切り替え可能な輸送特性により、さまざまな水中油型および油中水型エマルジョンおよび多相エマルジョン混合物に適用でき、高い分離効率、透過性、リサイクル性、およびセルフクリーニング性能を示します。さらに、CFCS 戦略は製造プロセスが簡単であるため、大規模生産に適しています。私たちは、膜の設計と表面特性の制御戦略の両方が、廃水処理、流出油の浄化、商業的に関連するエマルションの分離など、数多くの実用的な用途にスマートな膜を製造するための理論的および技術的な参考となることを想定しています。

図の基礎となるソースデータは次のとおりです。 2〜5および補足図。 6 ～ 8、12、13、15 ～ 22、24 ～ 27、および 33 がソースデータファイルとして提供されます。ソースデータはこのペーパーに付属しています。

Dai, H.、Dong, Z. & Jiang, L. 超湿潤性を備えた界面の方向性液体ダイナミクス。科学。上級 6、eabb5528 (2020)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

MK チョードリーとホワイトサイド GM 水を上り坂に流す方法。サイエンス 256、1539–1541 (1992)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

クォン・ジーら光応答性表面上の液体の湿潤性の可視光誘導操作。ナット。共通。 8、14968 (2017)。

論文 ADS PubMed PubMed Central Google Scholar

Liu, M.、Wang, S. & Jiang, L. 自然からインスピレーションを得た超湿潤システム。ナット。メーター牧師。 2、17036 (2017)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Chu、KH、Xiao、R.、Wang、EN 非対称ナノ構造表面上に広がる一方向液体。ナット。メーター。 9、413–417 (2010)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

Kota, AK、Kwon, G.、Choi, W.、Mabry, JM、Tuteja, A. 効果的な油水分離のための湿分応答性膜。ナット。共通。 3、1025 (2012)。

論文 ADS PubMed Google Scholar

Zhang、G.ら。自由に相互変換可能な液体分離のための超分子フレームワークの処理。ナット。共通。 11、425 (2020)。

論文 ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Wang, B.、Liang, W.、Guo, Z. & Liu, W. 油/水の分離に適用される生体模倣超疎液性および超親液性材料: 自然を超えた新しい戦略。化学。社会改訂 44、336–361 (2015)。

論文 PubMed Google Scholar

Jiang, Y. et al. カルシウム依存性カリウムチャネルの結晶構造とメカニズム。 Nature 417、523–526 (2002)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

Liu, Z.、Wang, W.、Xie, R.、Ju, XJ & Chu, LY 刺激に応答するスマートゲート膜。化学。社会改訂 45、460–475 (2016)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Hou, X. スマートゲーティングマルチスケール細孔/チャネルベースの膜。上級メーター。 28、7049–7064 (2016)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

Qu、R.ら。アミノアゾベンゼン@Ag で修飾されたメッシュは、大規模な光応答性を備えています。油/水混合物からの可逆的な油/水の除去に向けて。化学。科学。 10、4089–4096 (2019)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Qu、R.ら。スーパーウェッティング特性を備えたカーボンナノチューブ/ポリ(ニソプロピルアクリルアミド)修飾膜による光熱誘起その場ダブルエマルション分離。 J. メーター。化学。 A 8、7677–7686 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

Hu、L.ら。水中油型ナノエマルジョンのオン/オフ切り替え可能な分離用の光熱応答性単層カーボンナノチューブベースの超薄膜。 ACS Nano 9、4835–4842 (2015)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Cheng、B.ら。 pH応答性の油/水分離のためのスマートなポリ(フッ化ビニリデン)-グラフト-ポリ(アクリル酸)ツリー状ナノファイバー膜の開発。 J.メンバー科学。 534、1–8 (2017)。

記事 CAS Google Scholar

Zhang, L.、Zhang, Z. & Wang, P. 水性媒体中で切り替え可能な超親油性と超疎油性を備えたスマートな表面: 制御可能な油/水分離に向けて。 NPGアジアメーター。 4、e8 (2012)。

記事 Google Scholar

Li、JJ、Zhou、YN、Luo、ZH pH による油/水分離のためのスマートファイバーメンブレン。 ACS アプリケーション。メーター。インター。 7、19643–19650 (2015)。

記事 CAS Google Scholar

クォン・ジーら油と水の混合物のオンデマンド分離。上級メーター。 24、3666 (2012)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Liu, Y.、Zhao, L.、Lin, J. & Yang, S. 界面特性が可逆的に切り替わる電着表面。科学。上級 5、eaax0380 (2019)。

論文 ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Zhang、W.ら。湿潤性を切り替え可能なポリマー装飾膜による、熱駆動による制御可能なエマルション分離。アンジュー。化学。内部。エド。 57、5740 (2018)。

記事 CAS Google Scholar

Ou, R.、Wei, J.、Jiang, L.、Simon, GP & Wang, H. 効率的な油水分離のための切り替え可能な超親水性と超疎水性を備えた堅牢な熱応答性ポリマー複合膜。環境。科学。テクノロジー。 50、906–914 (2016)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

Rana, D. & 松浦, T. 防汚膜の表面改質。化学。 Rev. 110、2448–2471 (2010)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Dutta, K. & De, S. 水浄化用のスマート応答性材料: 概要。 J. メーター。化学。 A 5、22095–22112 (2017)。

記事 CAS Google Scholar

Dong, L. & Zhao, Y. CO2 切り替え可能な膜: 水性媒体における構造、機能、および分離への応用。 J. メーター。化学。 A 8、16738–16746 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

Cunningham, MF & Jessop, PG 二酸化炭素で切り替え可能なポリマー: 将来のチャンスはどこにありますか? 高分子 52、6801–6816 (2019)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Zhang, Q.、Lei, L.、Zhu, S. ガス応答性ポリマー。 ACS マクロレット。 6、515–522 (2017)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Liu, H.、Lin, S.、Feng, Y.、Theato, P. CO2 応答性ポリマー材料。ポリム。化学。 8、12–23 (2017)。

記事 Google Scholar

Lin, SJ、Shang, JJ & Theato, P. 光架橋ポリ (ペンタフルオロフェニルアクリレート) ナノファイバーからの CO2 応答性ナノファイバーの容易な製造。 ACS マクロレット。 7、431–436 (2018)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Lin, SJ & Theato, P. CO2 応答性ポリマー。マクロモル。急速なコミュニケーション。 34、1118–1133 (2013)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Yan, Q. & Zhao, Y. 二酸化炭素の「グリーン」ガス刺激によって制御されるブロック共重合体の自己集合。化学。共通。 50、11631–11641 (2014)。

記事 CAS Google Scholar

Yan, Q. & Zhao, Y. CO2 刺激によるポリマー集合体の多様な変形。混雑する。化学。社会 135、16300–16303 (2013)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Darabi, A.、Jessop, PG & Cunningham, MF CO2 応答性ポリマー材料: 合成、自己組織化、機能的応用。化学。社会改訂 45、4391–4436 (2016)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

チェ、Ｈら。油/水湿潤性を切り替え可能な CO2 応答性ナノファイバー膜。アンジュー。化学。内部。エド。 54、8934–8938 (2015)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Lei, L.、Zhang, Q.、Shi, S. & Zhu, S. 「オープンセル」構造と CO2 切り替え可能な湿潤性を備えた高多孔質ポリ (高内相エマルジョン) 膜は、制御された油/水分離に使用されます。ラングミュア 33、11936–11944 (2017)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Mo, J.、Sha, J.、Li, D.、Li, Z. & Chen, Y. ナノチャネルの流体放出圧力: 有効接触角を使用したヤングラプラス方程式。ナノスケール 11、8408–8415 (2019)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Seveno, D.、Blake, TD、および Coninck, J. Young のナノスケールの方程式。物理学。レット牧師。 111、096101 (2013)。

論文 ADS PubMed Google Scholar

Yang, Z.、He, C.、Suia, H.、He, L. & Li, X. 分離における CO2 応答性材料の最近の進歩。 J. CO2 利用率。 30、79–99 (2019)。

記事 CAS Google Scholar

タウハルト、L.ら。血液と接触する用途の有望な候補としての両性イオン性ポリ(2-オキサゾリン)。ポリム。化学。 5, 5751 (2014)。

記事 CAS Google Scholar

Zhang、X.ら。 Janus ポリ(フッ化ビニリデン)-グラフト-(TiO2 ナノ粒子および PFDS) 膜は、界面活性剤で安定化された油/水エマルションを効率的に切り替え可能な分離用に、緩やかな構造と非対称湿潤性を備えています。 J.メンバー科学。 640、119837 (2021)。

記事 CAS Google Scholar

Feng, X. & Jiang, L. スーパーウェッティング/アンチウェッティング表面の設計と作成。上級メーター。 18、3063–3078 (2006)。

記事 CAS Google Scholar

Tao, M.、Xue, L.、Liu, F. & Jiang, L. 油/水分離のための切り替え可能な輸送性能を示すインテリジェントな超湿潤 PVDF 膜。上級メーター。 26、2943–2948 (2014)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

リー、Ｘら。自己定義の界面パラメータに基づくナノ粒子埋め込みゲート膜による汎用的で調整可能な液液分離。ナット。共通。 12、80 (2021)。

論文 ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Peng, B. et al. 石油産業の廃水処理におけるセルロースベースの材料。緑。エネルギー環境。 5、37–49 (2020)。

記事 Google Scholar

Huang, K. et al. バーミキュライト膜のカチオン制御された湿潤特性と、汚れに強い油水分離の可能性。ナット。共通。 1097 年 11 月 (2020 年)。

論文 ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

ハーセ、MF et al. 溶媒移動による相分離による多機能ナノ複合中空糸膜。ナット。共通。 8、1234 (2017)。

論文 ADS PubMed PubMed Central Google Scholar

J. Zhang、L. Liu、Y. Si、J. Yu、B. Ding。エレクトロスピニングされたナノ繊維膜: 乳化した油性廃水の浄化に効果的な武器です。上級機能。メーター。 30、2002192 (2020)。

Kim, S.、Kim, K.、Jun, G.、Hwang, W. 水中油型エマルジョンを効率的に精製するためのウッドナノテクノロジーベースの膜。 ACS Nano 14、17233–17240 (2020)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Kralchevsky, PA & Nagayama, K. 界面、液膜、生体膜に結合した粒子間の毛細管相互作用。上級コロイド界面科学 85、145–192 (2000)。

記事 CAS Google Scholar

Dehkordi, TF、Shirin-Abadi, AR、Karimipour, K. & Mahdavian, AR CO2、電位、および光で切り替え可能な親水性膜 (x-SHM) は、油/水分離のための効率的な色変更ツールとして使用されています。ポリマー 212、123250 (2021)。

記事 CAS Google Scholar

Huang, X.、Mutlu, H. & Theato, P. 脱乳化のための CO2 ゲート陽極酸化アルミニウムベースのナノ複合膜。ナノスケール 12、21316–21324 (2020)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Shirin-Abadi, AR、Gorji, M.、Rezaee, S.、Jessop, PG & Cunningham, MF 電位によってトリガーされる CO2 切り替え可能な親水性膜 (CO2-SHM): 効率的な油/水分離とともに切り替え時間の短縮。化学。共通。 54、8478–8481 (2018)。

記事 Google Scholar

Abraham, S.、クマラナブ、SK、モンテマグノ、CD 水中油型エマルションの分離用のガス切り替え可能なカーボンナノチューブ/ポリマーハイブリッド膜。 RSC アドバンス 7、39465–39470 (2017)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Liu、Y.ら。 CO2 応答性材料を使用して、水中油型エマルジョンから油と界面活性剤を分離して再生します。環境。科学。テクノロジー。 56、9651–9660 (2022)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

Zhang、Q.ら。 CO2 を呼吸するミクロゲルを固定化して作製された CO2 切り替え可能なメンブレン。 ACS アプリケーション。メーター。インター。 9、44146–44151 (2017)。

記事 CAS Google Scholar

Kung, CH、Zahiri, B.、Sow, PK、Mérida, W. 銅基板上のコアシェル構造の低電圧湿潤性スイッチングによるオンデマンドの油水分離。応用サーフィン。科学。 444、15–27 (2018)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Du, L.、Quan, X.、Fan, X.、Chen, S. & Yu, H. 効率的な油/水分離のための可逆的な超疎水性/超親水性スイッチを備えた電気応答性炭素膜。 9月、プリフ。テクノロジー。 210、891–899 (2019)。

記事 CAS Google Scholar

ウー、J.ら。安定化された油/水エマルションを分離するための高い流束と効率を備えた 3D スマートウッド膜。 J.ハザード。メーター。 441、129900 (2023)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

ヤン、C.ら。可逆的な光応答性湿潤性を備えた耐久性のあるメッシュを簡単に製造できるため、スマートな油/水分離が可能です。プログレ。組織コート。 160、106520 (2021)。

記事 CAS Google Scholar

チェン、Z.ら。疎水性と親水性を可逆的に切り替えるスマートな光応答性ポリプロピレン膜により、油水を分離します。 J.メンバー科学。 638、119704 (2021)。

記事 CAS Google Scholar

Li、JJ、Zhu、LT & Luo、ZH 油水分離のための切り替え可能な油/水湿潤性が強化されたエレクトロスピニング繊維膜。化学。工学 J. 287、474–481 (2016)。

記事 CAS Google Scholar

Wang, Y. et al. 油と水の分離を制御可能な温度応答性ナノファイバー。 RSC アドバンス 5、51078–51085 (2015)。

記事 ADS CAS Google Scholar

ディン、Ｙら。粘稠な油中水型エマルジョンのインテリジェントな防汚性と超高透過性を実現する、マイクロ/ナノスフィアが調整された二重刺激応答性ナノ繊維膜をワンステップで作製します。 ACS アプリケーション。メーター。インター。 13、27635–27644 (2021)。

記事 CAS Google Scholar

Xiang, Y.、Shen, J.、Wang, Y.、Liu, F.、Xue, L. 油と水の分離のための超湿潤特性を備えた pH 応答性 PVDF 膜。 RSC アドバンス 5、23530–23539 (2015)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Dou、YL et al. 制御可能な油水分離のためのデュアル応答ポリアクリロニトリルベースのエレクトロスピニング膜。 J.ハザード。メーター。 438、129565 (2022)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Li、JJ、Zhou、YN、Luo、ZH インテリジェントな油と水の分離を実現する、ムール貝からインスピレーションを得た V 字型共重合体コーティング。化学。工学 J. 322、693–701 (2017)。

記事 CAS Google Scholar

Zhou、YN、Li、JJ & Lu、ZH 効率的な水/油分離材料を目指して: pH 応答性の湿潤性と分離性能に対するコポリマー組成の影響。 AIChE J. 62、1758–1770 (2016)。

記事 CAS Google Scholar

Xu、Z.ら。フッ素フリーの超疎水性コーティングで、pH による濡れ性の変化により、制御可能な油水分離を実現します。 ACS アプリケーション。メーター。インター。 8、5661–5667 (2016)。

記事 CAS Google Scholar

Dang, Z.、Liu, L.、Li, Y.、Xiang, Y. & Guo, G. 制御可能な油/水分離のための切り替え可能な湿潤性を備えた現場および現場外の pH 応答性コーティング。 ACS アプリケーション。メーター。インター。 8、31281–31288 (2016)。

記事 CAS Google Scholar

Cai、Y.ら。防汚機能と切り替え可能な油湿潤性を備えたスマートなメンブレンで、高効率の油/水エマルション分離を実現します。 J.メンバー科学。 555、69–77 (2018)。

記事 CAS Google Scholar

Zhang、Z.ら。水中油型エマルジョンを効果的に分離するための、再利用可能なバイオマス由来の pH 応答性コラーゲン繊維ベースの吸油材です。コロイドサーフ。 A 633、127906 (2022)。

記事 CAS Google Scholar

Zhang, X.、Liu, C.、Yang, J.、Huang, XJ & Xu, ZK 水中油型エマルジョンと油中水型エマルジョンの両方を分離するための湿潤性切り替え可能な膜。 J.メンバー科学。 624、118976 (2021)。

記事 CAS Google Scholar

Yang, W.、Li, J.、Zhou, P.、Zhu, L. & Tang, H. 超疎水性銅コーティング: 切り替え可能な湿潤性、オンデマンドの油水分離、防汚。化学。工学 J. 327、849–854 (2017)。

記事 CAS Google Scholar

Zhai、H.ら。高塩分環境に適した Na+ 応答性の制御可能なエマルション分離用のクラウンエーテル修飾膜。 J. メーター。化学。 A 8、2684–2690 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

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この研究は、中国国家重点研究開発プログラム (2021YFB3802600 (LD)、2021YFA1101300 (XY))、中央大学基礎研究基金 (JUSRP622035) (LD)、新疆ウイグル自治区自然科学財団によって財政的に支援されました。地域 (2022D01D030) (LD)。

Yangyang Wang、Shaokang Yang、Jingwei Zhang の著者も同様に貢献しました。

合成および生物学的コロイドの主要研究室、教育省、江南大学化学材料工学部、214122、無錫、中国

ヤンヤン・ワン、ユンシャン・バイ、リャンリャン・ドン、チュンファン・チャン

江蘇大学材料科学工学部、212013、中国鎮江市

シャオカン・ヤン & デウェイ・ラオ

清華大学化学工学部化学工学国家重点実験室、100084、北京、中華人民共和国

Jingwei Zhang、Zhuo Chen、Jianhong Xu

中国、無錫、214122、江南大学教育省エコテキスタイル重点実験室

ボー・ジュ

江蘇省環境バイオテクノロジー研究室江蘇省バイオマスエネルギーおよび炭素削減技術研究室江南大学環境土木工学院嫌気性バイオテクノロジー重点研究室、214122、無錫、中国

ジャン・リー

化学肥料触媒国家工学研究センター、福州大学、福州、350002、中国

リャン・シジン

上海交通大学化学・化学工学部、上海、200240、中国

ヤン・シャオウェイ

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YW、YB、CZ、LD が実験を考案し、設計しました。 YB、CZ、LD が研究と実験を監督しました。 YW は膜の製造、特性評価、および性能テストを実施しました。 SL、JL、BZ、LD はすべての特性評価をサポートしました。 YW、YB、CZ、SL、JL、BZ、LD は実験結果を分析しました。 SY と DR は DFT シミュレーションを実行しました。 JZ、ZC、JX は COMOSL シミュレーションを実施しました。 YW、SY、JZ が論文を書きました。 XY と LD が原稿を修正しました。著者全員が結果について議論し、コメントを寄せました。

梁梁洞への対応。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

Nature Communications は、この研究の査読に貢献してくれた匿名の査読者に感謝します。査読者レポートが利用可能です。

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Wang, Y.、Yang, S.、Zhang, J. 他さまざまな油/水システムの分離に適した、高い湿潤性を備えた、拡張性と切り替え可能な CO2 応答性膜。 Nat Commun 14、1108 (2023)。 https://doi.org/10.1038/s41467-023-36685-9

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受信日: 2022 年 10 月 19 日

受理日: 2023 年 2 月 13 日

公開日: 2023 年 2 月 27 日

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