ZnO纳米颗粒增强Zn/Ni超疏水不锈钢网膜的微结构调控及其高效油水分离性能研究

针对工业含油废水处理难题，研究人员通过电沉积-化学修饰协同工艺在304不锈钢网上构建ZnO纳米颗粒增强的Zn/Ni分级微纳复合涂层（PZZNM）。该涂层基于Cassie-Baxter理论优化表面能，实现164°水接触角和近0°油接触角，氯仿/水分离效率达97.3%、通量6413 L·m-2·h-1，且在强酸、强碱和机械磨损下保持稳定性，为复杂工业环境提供创新解决方案。

　　

随着石油工业和交通运输业的发展，含油废水已成为水污染治理的棘手难题。这类废水成分复杂、pH和温度波动大，传统离心分离、浮选技术等方法效率低下且成本高昂。超疏水材料因其亲油疏水特性和环境友好性成为研究热点，但表面微纳结构的稳定性仍是性能瓶颈。

针对这一挑战，重庆某高校的研究团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表创新成果。他们通过电沉积-化学修饰协同工艺，在304不锈钢网上构建了ZnO纳米颗粒增强的Zn/Ni分级微纳复合涂层（PZZNM）。该研究结合Cassie-Baxter理论优化表面能，使涂层水接触角达164°、油接触角趋近0°，氯仿/水分离效率达97.3%，通量高达6413 L·m^-2·h^-1。更引人注目的是，涂层在强酸、强碱和机械磨损下仍保持超疏水稳定性（水接触角>158.5°），为工业废水处理和海洋溢油应急提供了突破性解决方案。

关键技术包括：脉冲电沉积构建Zn/Ni-ZnO复合涂层、扫描电镜（SEM）表征微纳结构、接触角测量仪评估润湿性，以及模拟极端环境（pH 1-14溶液浸泡、砂纸磨损）测试稳定性。

材料与表征
通过SEM对比发现，ZnO纳米颗粒使涂层表面粗糙度（Sa值）从19.251 nm提升至22.955 nm，形成更密集的纳米级突起。X射线光电子能谱（XPS）证实ZnO的化学惰性显著提升了涂层耐腐蚀性。

性能测试
在氯仿/水分离实验中，PZZNM涂层实现97.3%分离效率，远超传统Zn/Ni涂层（89.2%）。Cassie-Baxter模型计算显示，ZnO使空气截留率提升至93.7%，解释了其卓越的超疏水性。

环境稳定性
涂层在pH 1的HCl和pH 14的NaOH中浸泡24小时后，水接触角仅下降<5.5°；经400目砂纸磨损50次后仍保持93.5%分离效率，证明其机械耐久性。

该研究通过ZnO纳米颗粒双重增强机制——物理粗糙度提升和化学惰性防护，突破了传统金属涂层在复杂环境中的性能瓶颈。其开发的连续重力驱动分离系统，为海洋溢油应急和工业废水处理提供了可规模化应用的解决方案。研究不仅阐明了氧化物纳米颗粒（如ZnO）在金属共沉积体系中的结构导向机制，更为设计新型超疏水-超亲油涂层建立了理论框架。