无氟自修复超疏水聚亚胺/金属有机框架复合涂层在铜网上的油水分离与光催化降解研究

研究人员针对含氟超疏水涂层环境危害大、表面稳定性差且缺乏自修复能力的问题，通过原位生长金属有机框架(MOF)和构建含长烷基链的动态聚亚胺(PI)网络，开发出兼具162°高水接触角(WCA)、4°低滑动角(WSA)的铜网基复合材料。该材料经等离子体/刀具损伤后可通过70°C加热30分钟实现自修复，油水分离效率达99.24%，渗透通量1.16×105 L·m?2·h?1，并具有光催化降解染料能力，为海洋溢油和工业污水治理提供新方案。

　　

随着海上石油开采运输活动的增加，溢油事故频发，而城市工业排放的含油污水含有大量有毒有机物，对生态环境和人类健康构成严重威胁。传统含氟超疏水材料虽能有效分离油水混合物，但存在生物累积性危害，且普遍缺乏自修复功能。如何开发环境友好型、高稳定性的功能性超疏水材料，成为解决这一环境难题的关键。

华南理工大学的研究团队创新性地将金属有机框架(MOF)与动态共价聚合物结合，在铜网上构建了无氟自修复超疏水涂层。该研究通过碱性溶液蚀刻铜网形成针状纳米阵列，原位生长1,2,4,5-苯四甲酸(H₄BTC)配位的MOF构建微纳结构，再通过生物质衍生二聚体二胺(Priamine 1075)与十八胺(ODA)交联形成含长烷基链的聚亚胺(PI)层，最终获得具有光催化功能的PI@MOF-ECuM复合材料。论文发表在《Progress in Organic Coatings》期刊。

研究采用X射线衍射(XRD)分析晶体结构，扫描电镜(SEM)观察表面形貌，接触角测量仪评估润湿性，并建立油水分离装置测试性能。通过氧等离子体和刀具划伤实验验证自修复机制，利用紫外-可见分光光度计测定光催化降解效率。

化学结构及形貌表征
XRD证实MOF成功锚定在蚀刻铜网(ECuM)上，SEM显示MOF颗粒与PI层形成分级粗糙结构。傅里叶变换红外光谱(FTIR)检测到亚胺键(C=N)特征峰，证明动态共价网络的形成。

超疏水性能与稳定性
涂层展现162°的WCA和4°的WSA，经砂纸磨损(50次循环)、胶带剥离(20次)、酸碱浸泡(pH 1-13)后仍保持超疏水性。在四氢呋喃(THF)等有机溶剂中浸泡7天后接触角仅下降2°。

自修复机制
氧等离子体处理使WCA降至0°，但70°C加热30分钟后恢复至158°。划伤实验表明，长烷基链迁移和亚胺键动态重组协同实现自修复，X射线光电子能谱(XPS)显示修复后C-C/C-H键含量恢复至初始值的92%。

油水分离与光催化性能
对正己烷/水混合物分离效率达99.24%，通量优于多数文献报道值。在可见光下4小时内降解92%的罗丹明B，MOF中Cu²⁺活性位点促进羟基自由基(·OH)生成是其光催化机理。

该研究突破性地将环境友好理念融入超疏水材料设计：通过无氟化处理消除生物累积风险，动态亚胺键实现损伤自修复，MOF赋予材料光催化功能。铜网基材的选择便于规模化应用，分离通量达工业级要求。特别值得注意的是，材料在强酸(pH=1)和强碱(pH=13)环境下仍保持稳定，这对处理成分复杂的工业污水具有重要意义。研究为开发多功能环境修复材料提供了新范式，其技术路线可延伸至其他金属基材的功能化改性。