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  含油污水的大量排放和海上原油泄漏事故的頻繁發生嚴重威脅著生態環境和人類健康。如何快速高效的處理溢油和純化含油污水已成為關系人民生活、經濟發展與環境安全的重要課題。膜分離技術以其節能、高效、無二次污染、適用范圍廣等優點引起了人們的廣泛關注。特別是關于超浸潤油水分離材料的設計、制備及高效分離性能的研究為解決油污染問題提供了強有力的科學支撐。通過調控油水分離材料對油和水截然相反的浸潤性，實現了傳統油水分離材料和技術難以突破的高選擇性和高效性。具有超疏水/超親油特性的除油型材料和超親水/超疏油特性的除水型材料可有效實現油水混合物甚至復雜乳液的高效、快速、穩定的分離。同時，設計和制備具有性能穩健優異的超浸潤油水分離材料被期望應用于海洋開發、航空航天、核能、石油開采、機械設備和高端制造等行業中。然而，面對愈加復雜的含油污水（輕/重油和水的混合物、水包油乳液和油包水乳液的混合體系），單一浸潤性能的除油型，除水型分離材料無法實現按需、高效和可持續的分離。因此，開發先進的超浸潤油水分離材料是解決世界水環境惡化和石油短缺問題的迫切需要。

圖1 具有可轉換潤濕性界面的智能材料能夠可持續地處理溢油和凈化含油廢水。

刺激響應的智能油水分離材料

首先，pH響應的智能材料因制備簡單和響應速度快被廣泛研究。研究者通常利用吡啶、羧基、丙烯酸、丙烯酰胺和叔胺基等典型的 pH 響應功能物質設計和制備pH響應的智能材料。但是，目前的 pH 響應智能材料僅在特定的 pH 條件下才會改變浸潤性，這使得分離日益復雜的油/水混合物變得困難。同時，pH 誘導的智能材料面臨的最大挑戰是材料的化學穩定性，因為在改變表面潤濕性時不可避免地與酸或堿溶液接觸，這會顯著影響表面粗糙度和化學成分，導致油/水分離性能快速下降。

  熱響應的智能材料常使用一些有機聚合物，如聚(n-異丙基丙烯酰胺)、聚(乙烯醇-共聚-乙烯醇縮醛)和聚(n-乙烯基己內酰胺)等。相比在特定條件下響應的pH智能材料，熱響應智能材料因較大的響應范圍是處理溢油和含油污水更加有效的方式。但是，如何保持穩定的浸潤性能是熱響應智能材料面臨的挑戰。此外，熱響應智能材料通常伴隨著大量的能量消耗。因此，如何利用太陽能進行光熱轉換將是熱響應智能材料研究領域的重要突破。

  光響應智能材料是實現油水混合物按需和高效分離的先進材料。同時，催化降解也被認為是應用于處理含油污水的最有效策略之一。因此，將特定的光響應材料與光催化劑偶聯，可以有效處理廢水中的油性污染物，同時分解油類或有機溶劑污染物。然而，光響應智能材料會受到可切換浸潤性和光化學降解的過渡范圍以及官能團的熱弛豫的限制。此外，光響應智能材料的浸潤性轉變通常需要耗費大量的時間。

  快速響應性是電場刺激響應智能材料的顯著優勢。然而，電響應智能材料目前面臨的問題是浸潤性能轉換的控制和安全問題。同時，具有電響應性能的智能材料通常伴隨著巨大的能源消耗。這也是目前關于電響應智能油水分離材料的報道相對較少原因。

  氣體響應的智能材料為開發先進的油水分離材料和大范圍應用裝置創造了機遇。目前，CO₂氣體因其廉價、豐富和無毒的特性已發展成為最常用的響應性氣體。此外，其他的響應性氣體有NH₃, O₂, 和 H₂等。但是，除了CO₂，NH₃刺激響應智能材料浸潤性轉變遵循pH響應機制外，對于其他氣體調節的智能材料表面浸潤性能的機理性研究還需要進一步探索。

預浸潤誘導的智能油水分離材料

圖2 (a) 預浸潤誘導的馬鈴薯廢渣網膜用于油水混合物分離; (b) 預水浸潤下的輕油/水混合物； (c) 預油浸潤下的重油/水混合物（參考文獻：Green Chem., 2016, 18, 541?549）。(d) 預浸潤誘導的雞腿菇PVDF膜用于油水乳液分離；(e) 水在空氣中的浸潤性及油在水中的浸潤性光學照片；(f) 油在空氣中的浸潤性及水在油中的浸潤性光學照片；(g) 和 (h) 分別為水下油的接觸角和油下水的接觸角（參考文獻：J. Membr. Sci., 2018, 565, 85?94）。

圖3 (a) 和 (b) 分別為水完全浸潤和油完全浸潤的微結構支撐的油水界面（參考文獻：Adv. Mater., 2016, 28, 10652?10658.）。(c) 超疏水微/納米粒子的合成程序示意圖；(d) 超親水和超疏水微/納米粒子混合噴涂調控涂層表面的潤濕性（參考文獻：ACS Appl. Mater. Interfaces, 2021, 13, 14759?14767.）。

  超浸潤智能油水分離材料為實現按需、高效和可持續的處理溢油和含油污水提供了科學支撐，具有重大應用價值。然而，在超浸潤智能油水分離材料應用于實際之前，必須解決其中的一些問題。

  論文信息：Journal of Materials Chemistry A, Bin Xiang, Qing Sun, Qi Zhong, Peng Mu, Jian Li*, J. Mater. Chem. A, 2022, 10, 20190–20217.

  論文鏈接：https://doi.org/10.1039/D2TA04469B