一种通过层叠静电组装（LbL）技术制备的强韧水下超疏水网状结构，该结构由PPy-SiO?微簇和PAA构成，能够在恶劣条件下实现油水分离

《Journal of Water Process Engineering》：A robust underwater superoleophobic mesh via LbL electrostatic assembly of PPy-SiO? microclusters and PAA for oil/water separation under harsh conditions

本文通过层层电沉积法制备了含聚丙烯酸（PAA）和二氧化硅嵌入聚吡咯纳米球微簇（PPy-SiO? MCs）的高孔隙复合材料涂层，显著提升不锈钢丝网的超亲水性及水下超疏油性（接触角>150°）。该涂层在强酸（pH≈1）、强碱（pH≈13）、高盐（10 wt% K?SO?）及高温（>80℃）等严苛条件下仍保持高效油水分离性能（>99.9%），循环稳定性达20次，长期耐腐蚀性达6天，为工业含油废水处理提供了可行的低成本解决方案。

　　本文介绍了一种用于高效分离工业含油废水和海洋石油泄漏的新型复合涂层材料。这种材料基于不锈钢网（SSM）通过逐层静电自组装技术（LbL）制备，由聚（ acrylic acid）（PAA）和二氧化硅封装的聚吡咯纳米球微簇（PPy-SiO? MCs）组成。该涂层材料具备优异的亲水性和持久的水下超疏油性（UWOCA >150°），从而在多种油水混合物中实现高效的分离效果，同时具备良好的机械强度和化学稳定性，适用于恶劣环境下的油水分离。

随着工业发展和海洋活动的增加，含油废水的排放和石油泄漏事件频繁发生，给生态环境和人类健康带来了严重威胁。因此，开发能够有效应对这些挑战的油水分离材料成为研究热点。传统油水分离材料多为超疏水/超亲油或超亲水/水下超疏油类型，但它们在实际应用中面临诸多问题。例如，超疏水/超亲油材料容易受到油污污染，导致孔隙堵塞，影响分离效率和材料的重复使用性。而超亲水/水下超疏油材料虽然在防止油污染方面表现优异，但在面对高盐度、极端pH值和高温等恶劣环境时，材料的稳定性和性能往往受到限制。

针对这一问题，研究者们开始探索将亲水性化学成分与微纳米结构相结合的方法，以开发具有优异抗污染能力的油水分离材料。近年来，聚吡咯（PPy）因其良好的导电性、亲水性和化学稳定性，成为油水分离材料研究的重要方向。然而，PPy本身具有致密的微观结构，导致其渗透性较低，且机械强度不足，难以满足实际应用需求。为了解决这些问题，研究者们尝试将PPy与其他亲水性材料或无机纳米颗粒结合，以提高其孔隙率和机械性能，从而增强其在恶劣环境下的应用潜力。

本研究提出了一种新型的复合涂层材料——P-PSNM，该材料通过将亲水性聚合物PAA与二氧化硅封装的聚吡咯纳米球微簇（PPy-SiO? MCs）结合，构建出一种具有高孔隙率和稳定结构的复合材料。PAA具有较强的亲水性和良好的润湿性，能够形成持久的水化层，从而增强材料的抗油污染能力。而PPy-SiO? MCs则通过其稳定的葡萄状微簇结构和二氧化硅纳米颗粒的引入，提升了材料的机械强度和表面粗糙度，使其在水下环境中表现出优异的疏油性。

为了实现这一目标，研究团队采用了逐层静电自组装技术（LbL）对不锈钢网进行表面改性。LbL技术是一种通过交替沉积带正电和带负电的材料层，构建多层复合结构的物理方法。该技术具有操作简便、成本低、可控性强等优点，广泛应用于材料科学和表面工程领域。通过LbL技术，研究团队成功在不锈钢网上构建了一种稳定的多孔网络结构，使其具备了高效的油水分离能力。

实验结果表明，该复合涂层材料在多种油水混合物中表现出卓越的分离效率，超过99.9%。其高渗透性也使其在实际应用中具有较高的处理能力，能够在短时间内处理大量油水混合物。此外，该材料在极端pH值（1-13）、高盐度（10 wt% K?SO?）和高温（>80 °C）等恶劣条件下依然保持稳定的性能，显示出良好的化学和热稳定性。这种稳定性使得P-PSNM涂层材料在实际工业应用中具有广泛的适用性，特别是在处理高浓度、高污染的含油废水时表现出色。

除了分离效率和稳定性，该材料还表现出优异的循环性能和长期耐用性。在20次循环测试中，其分离效率始终保持在99.9%以上，说明该材料在多次使用后依然能够保持良好的性能。同时，在10 wt% K?SO?的高盐度环境中，该材料在6天内依然保持超过99.9%的分离效率，进一步验证了其在复杂环境下的可靠性。

本研究的创新点在于通过结合PAA和PPy-SiO? MCs，构建出一种具有高孔隙率和稳定结构的复合涂层材料，从而克服了传统材料在恶劣环境下的性能限制。此外，LbL技术的应用使得材料的结构和性能可以被精确调控，为未来油水分离材料的开发提供了新的思路和方法。

从应用角度来看，这种新型材料具有广阔的前景。它不仅可以用于处理工业含油废水，还可以应用于海洋石油泄漏的应急处理，甚至在某些特殊环境中，如高温、高盐度或强酸强碱条件下，也能发挥重要作用。由于其成本低廉、制备工艺简单，且具有良好的机械性能和化学稳定性，这种材料有望成为未来油水分离技术的重要组成部分。

此外，该材料的结构设计也为其他功能材料的开发提供了借鉴。通过将亲水性聚合物与疏油性纳米材料结合，可以实现多种功能的集成，如抗污染、高通量、耐腐蚀等。这种多功能集成的设计理念在材料科学和环境工程领域具有重要的应用价值。

综上所述，本研究成功开发出一种高效、耐用且适用于恶劣环境的油水分离材料。该材料在亲水性和疏油性之间实现了良好的平衡，使其在多种油水混合物中表现出色。同时，其稳定的结构和优异的性能为工业应用提供了可靠的解决方案，有望在未来得到广泛应用。