近日,我校化学化工学院高助威副教授团队在油水分离材料领域取得重要进展,成功研发出一种集超疏水、高效光热转换与电绝缘于一体的多功能复合膜。该材料创新性地采用“功能解耦-协同”设计策略,解决了传统光热材料导电性引发的安全风险,实现了对高粘度原油的高效、连续、安全回收,为应对海上原油泄漏等环境挑战提供了全新的解决方案。
创新点一:原创“功能解耦-协同”设计,破解材料安全与性能矛盾
传统碳纳米管(CNT)光热材料虽性能优异,但高导电性在油水分离过程中易引发电化学腐蚀与静电积聚风险,存在安全隐患。研究团队创造性地提出了“功能解耦-协同”策略,在导电的CNT表面原位聚合生长了一层共价有机框架(COF)绝缘层,构筑出CNT@COF核壳结构。该设计如同为CNT穿上了一件“绝缘外套”,在完美保留其光热转换能力的同时,将材料体积电阻提升了三个数量级至兆欧级别,从根源上杜绝了安全风险,实现了光热功能与绝缘安全的协同统一。

创新点二:性能指标卓越,实现高效油水分离与光热驱动
制备的PDMS@CNT@COF@CF复合膜展现出优异的综合性能。其表面水接触角高达157.4°,具备超疏水/超亲油特性,对多种油水混合物的分离效率超过96%,经历30次循环使用后,对四氯化碳/水混合物的分离效率仍保持在98.6%,通量高达12913.6 L m⁻² h⁻¹。更重要的是,在1个太阳光照强度下,膜表面温度可在180秒内快速升至76.3℃,凭借优异的光热性能,可有效降低高粘度原油的粘度,提升其流动性。

创新点三:构建连续回收系统,应用前景广阔
基于该材料,团队成功构建了一套太阳能驱动的连续原油回收实验系统。将复合膜制成“吸油袋”并与蠕动泵联用,在模拟光照下,仅用16分钟即可从水面回收4.3克高粘度原油,实现了从吸附到回收的全流程高效运行。该材料同时具有良好的化学稳定性、阻燃性及油包水乳液破乳分离能力,展现出在复杂海洋环境及工业含油废水处理中的巨大应用潜力。目前,团队正与相关企业接洽,共同推进该技术的成果转化与产业化应用。

本研究得到了国家自然科学基金(No. 12202127)、海南省自然科学基金(No. ZDYFGXJS200, No. 323MS009)和海南大学科研启动基金(No. KYQD(ZR)20042)的资助。相关研究成果以题为“Superhydrophobic-photothermal-insulating synergistic CNT/COF composite coatings for solar-powered crude oil restoration”的论文,发表于国际期刊《Journal of Hazardous Materials》。化学化工学院博士研究生王迎迎为论文第一作者,高助威副教授为通讯作者。