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油進到水中造成的汙染一直是石化工業、半導體製造與食品工業所需要處理的問題之一，也讓「油水分離」成為許多材料、化學、化工等科學家的挑戰。由臺灣科技大學、臺灣大學、明志科技大學組成的跨校團隊，近期刊登於《npj Clean Water》期刊的一項研究成果，揭露了一款奈米結構的不銹鋼鍍層搭配有機膜，可有效用於油水過濾，分離選擇性率超過99％，具有非常強大應用潛力。

廢水中油滴的大小會決定處理廢水的難易程度，油滴根據大小可以分成滴徑小於20微米（μm）的乳化油（emulsified oil）、滴徑在20∼150 μm的分散油（dispersed oil）、滴徑大於150 μm的游離油（free oil）。其中滴徑最小的乳化油在與水分離時格外困難，因為油滴極小、濃度極低、而且乳化的穩定性較高。處理含油廢水需要兼顧有效率、節能又經濟，工業常用的分離油水的方法，包括重力分離（gravity separation）、撇油（skimming）、溶氣氣浮（dissolved air flotation）等方法，但是這些方法都難以有效的處理乳化油，特別是滴徑小於1 μm的乳化油。臺灣科技大學材料系講座教授朱瑾跨團隊合作，將不銹鋼鍍層與多種商用有機膜材料結合做測試，包括玻璃纖維、聚醚碸樹脂（polyether sulfones, PES）、聚偏二氟乙烯（polyvinylidene difluoride, PVDF）、聚四氟乙烯（Polytetrafluoroethylene, PTFE）以及混合纖維素酯（Mixed cellulose ester, MCE）結合。最終發現到混合纖維素酯濺鍍（sputter deposition）上一層金字塔奈米結構的不鏽鋼鍍層，應用於油水過濾效率極佳。不鏽鋼的鍍層本身展現出了良好的抗汙染、生物惰性，且強度、延展性、抗腐蝕性也相當持久。而混合纖維素酯的超親水表面、水下疏油性以及調節表面孔隙的能力，均使得混合纖維素酯加上不銹鋼鍍膜有良好的滲透力。

一般來說，薄膜分離時的孔徑大雖然能提高通量，卻也會導致分離效率變差，因此水通量與油水分離率存在著互相權衡的取捨關係。混合纖維素酯與不銹鋼鍍層每平方公尺每小時通量將近1600公升，並且油與水的分離選擇性超過99％。不只分離效率高、水通量也大，可說是薄膜分離界的一大突破。更特別的是，混合纖維素酯與不銹鋼鍍層的真空鍍膜製程可在常溫下完成，有利於商業化大規模量產，可大幅協助解決工業油水、廢水的問題，並降低淨化水的成本。

聯合國已經將潔淨水與衛生列為17項永續發展目標（Sustainable Development Goals, SDGs）之一，在循環經濟的需求之下，研發出高效、節能、壽命長的汙水處理分離材料是非常重要的議題。研究團隊於新聞稿中表示，混合纖維素酯加上不銹鋼鍍層的發現，不僅是首度嘗試，更是現階段突破紀錄的最高分離效率，未來也將繼續研究，以了解相關應用於半導體產業的廢溶劑處理的潛力。

新聞來源

Yeh, Y. J. et al. (2023). Tunable nanostructured stainless-steel coating for high-selective and high-permeable separation membranes for oil/water emulsions. npj Clean Water, 6(1), 17.