基于甲虫启发的单进料双相分离策略：Janus微纤维膜在油水分离中的创新应用

本综述系统阐述了一种受沙漠甲虫（Stenocara sp.）启发的油水分离新策略，通过构建具有双向选择渗透性的Janus微纤维膜（IJMM），实现了对轻油（LO）/水/重油（HO）三相体系及密度趋近混合物的高效分离。该技术突破了传统单功能润湿性系统对密度分层（ρHOs > ρwater > ρLOs）的依赖，无需外界刺激（如pH、温度、电场）或条件修饰，分离效率达93-98%，为复杂多相分离提供了普适性解决方案。

　　

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Materials

聚甲醛（POM）颗粒购自云天化股份有限公司（重庆，中国）。化学试剂——聚合用丙烯腈（分析纯）、胺肟化用盐酸羟胺（分析纯）和碳酸钠（分析纯）、环己烷（分析纯）、氯仿（分析纯）、苏丹III（染料含量≥85%）和亚甲基蓝（生物染色级）——均购自国药集团化学试剂有限公司（上海，中国）。玻璃片经乙醇和去离子水超声清洗后使用。

Preparation and characterization of POMF and A-PAMF

为开发Janus微纤维膜（JMM），需要两种具有相反且互补亲和特性的单功能润湿性微纤维：亲脂/疏水微纤维和亲水/疏油微纤维。在我们先前的研究中，亲脂/疏水微纤维（即POMF）已通过热拉伸优化其晶体结构实现制备。亲水/疏油微纤维则通过对聚丙烯腈（PAN）进行胺肟化处理，引入偕胺肟基团显著增强其亲水性，形成胺肟化聚丙烯腈微纤维（A-PAMF）。通过扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和接触角测量对两种微纤维的形貌、化学结构和润湿性进行了系统表征。

Conclusion

通过仿生Stenocara sp.甲虫鞘翅表面的亲水凸起和疏水凹槽结构，本研究利用亲水POMF和疏水A-PAMF网络的机械可变形性，开发了一种突破性的油水分离策略。通过三维机械互穿技术对POMF和A-PAMF进行精确图案化构建，IJMM实现了空间分辨的Janus润湿性梯度，成功复刻了甲虫的定向流体输运机制。该膜在无需外界刺激或条件调整的情况下，实现了对轻油/水/重油三相体系及密度趋近混合物（如与水密度相当的混合油MO）的高效连续分离，分离效率达94.0±1.1%（轻油）、96.7±1.5%（水）和93.0±2.2%（重油），为复杂多相分离场景提供了通用、环境自适应的解决方案。

CRediT authorship contribution statement

Yong He: 方法学，研究。Yumin Xia: 文稿撰写–审阅与编辑，文稿撰写–初稿，可视化，验证，监督，软件，资源，项目管理，方法学，研究，资金获取，形式分析，数据管理，概念化。Hai Wan: 方法学，研究，数据管理。Yuan Liang: 文稿撰写–审阅与编辑，文稿撰写–初稿，方法学，研究。Wenbin Jin: 文稿撰写–审阅与编辑，文稿撰写–初稿...

Data availability

数据可根据要求提供。

Declaration of Competing Interest

作者声明无竞争性经济利益。