通过油水分离和电催化染料降解技术，可大规模制备用于环境修复的多功能NiCr等离子涂层

《Surfaces and Interfaces》：Scalable Fabrication of Multifunctional NiCr Plasma Coatings for Environmental Remediation via Oil-Water Separation and Electrocatalytic Dye Degradation

油水分离与电催化降解一体化系统基于大气等离子喷涂制备的NiCr涂层不锈钢网实现，其超疏水性接触角达153.4°，选择性分离多种油类并保持机械稳定性，同时作为阳极有效降解罗丹明B。

　　本研究聚焦于开发一种高效且可持续的油水分离系统，以应对日益严重的环境污染和工业挑战。随着全球工业化进程的加快，水污染问题愈发突出，尤其是在纺织、石油化学、制药和食品加工等行业中，产生的工业废水往往包含复杂的污染物，如油类、染料、重金属和有机化合物，这些物质对人类健康和生态环境构成严重威胁。同时，随着淡水资源的日益短缺，如何高效地处理和回收废水成为环境保护和可持续水资源管理的关键任务。在这一背景下，研究者们正在探索多种新型材料和技术，以提升废水处理的效率和选择性。

传统的油水分离方法，如沉淀、过滤、化学沉淀等，虽然在一定程度上能够去除污染物，但往往缺乏足够的选择性和效率，难以实现完全净化。此外，这些方法在处理油水混合物时，还可能产生二次污染，限制了其应用范围。因此，开发具有多功能性的材料，不仅能够高效分离油水，还能降解溶解的有机污染物，如合成染料，成为下一代废水处理系统的重要方向。

为了克服传统方法的局限性，研究团队提出了一种基于超级疏水性涂层的新型分离材料。该材料采用可扩展的等离子喷涂技术，将镍铬（NiCr）涂层应用于不锈钢网和不锈钢基底上。这种涂层不仅具备优异的疏水性能，还能够作为电催化材料，用于降解有机染料。通过这一双重功能的设计，研究者们希望为废水处理提供一种更加集成和可持续的解决方案。

超级疏水性材料因其出色的表面润湿特性，近年来受到广泛关注。这些材料通常具有水接触角超过150°的特性，使得水滴在表面形成球形并迅速滚落，从而实现高效的油水分离。在实际应用中，常用的基底材料包括网状结构、聚合物、陶瓷、气凝胶、海绵状材料和玻璃。其中，金属网因其优异的机械强度、耐久性和与疏水涂层的良好兼容性，成为理想的分离材料。然而，传统的化学方法如硅烷处理和氟聚合物涂层虽然能够制造疏水表面，但存在潜在的环境危害和在恶劣条件下耐久性不足的问题。

相比之下，物理方法在调控表面纹理方面具有显著优势，能够实现更加精确的疏水性能调整。这些方法通常不需要额外的化学处理，就能制造出具有长期稳定性的表面。此外，一些研究还探索了利用等离子喷涂技术制造疏水涂层的可行性。该技术利用热等离子体，能够实现快速的材料处理，同时保持高纯度和对涂层微观结构的精确控制。通过将熔融或半熔融的颗粒沉积在金属网表面，可以形成致密且均匀的涂层，从而提升其在油水分离中的性能。

在本研究中，NiCr涂层不仅表现出优异的疏水性，还具有良好的热稳定性和耐久性。通过实验测试，研究团队发现该涂层能够在不同温度、pH值和机械应力条件下保持其疏水性能，这使得其在实际工业应用中具有更高的可靠性。此外，该涂层还被用于电催化降解Rhodamine B，展现出多功能性。这一结果表明，NiCr涂层在环境修复领域具有广阔的应用前景，特别是在处理含油废水和有机染料污染方面。

为了进一步验证该涂层的性能，研究团队对不同种类的油水混合物进行了分离实验，包括汽油、甲苯、氯仿、己烷和硅油。实验结果显示，NiCr涂层能够高效地分离这些油类物质，同时保持较高的分离效率。此外，通过紫外-可见光谱分析，研究团队确认了分离后的水相经过电化学处理后，能够实现污染物的完全降解。这一过程不仅提高了废水处理的效率，还减少了二次污染的风险，为可持续的水处理技术提供了新的思路。

在材料选择方面，NiCr复合材料因其优异的耐腐蚀性、高温稳定性和机械强度，成为在恶劣环境下应用的理想材料。这些特性对于油水分离过程至关重要，因为分离材料需要长时间暴露在腐蚀性环境中，同时应对温度波动和机械磨损。此外，NiCr复合材料的高熔点和抗氧化性能也增强了其在工业应用中的寿命，降低了维护和更换的频率。这些优势在处理复杂油水混合物或在需要长时间运行的环境中尤为重要。

本研究的创新点在于将等离子喷涂技术应用于制造超级疏水性涂层，同时探索其在电催化降解中的应用。这种方法不仅避免了传统化学方法可能带来的环境危害，还实现了材料的快速制备和可扩展性。通过实验验证，研究团队发现该涂层在分离油水混合物和降解有机染料方面均表现出优异的性能，这表明其在环境修复领域具有广泛的应用潜力。

此外，研究团队还对涂层的表面结构进行了详细分析，以理解其疏水性能的来源。通过X射线衍射（XRD）分析，研究团队发现NiCr涂层中存在多种结晶相，包括金属镍、氧化镍、铬和氧化铬。这些结晶相的分布和相互作用对涂层的疏水性能起到了关键作用。通过进一步的表面形貌分析，研究团队确认了涂层表面具有微纳米级的粗糙结构，这种结构有助于增强水滴的滚动效应，从而提升分离效率。

在实验过程中，研究团队还对涂层的耐久性进行了测试，包括在不同温度和pH值条件下对涂层性能的评估，以及在机械应力下的稳定性测试。实验结果显示，该涂层能够在广泛的环境条件下保持其疏水性和电催化活性，这表明其在实际应用中具有较高的可靠性和适应性。此外，研究团队还对涂层的表面润湿特性进行了系统研究，以优化其在不同油水混合物中的分离效果。

本研究的成果表明，通过等离子喷涂技术制造的NiCr涂层在油水分离和电催化降解方面均表现出优异的性能，这为解决当前水污染问题提供了新的思路和技术手段。同时，该研究也为未来开发多功能材料提供了重要的理论基础和实验数据支持。通过进一步的优化和研究，这种涂层有望在更多工业领域中得到应用，为实现可持续的水资源管理做出贡献。

总的来说，本研究展示了等离子喷涂技术在制造超级疏水性涂层方面的巨大潜力，以及该涂层在环境修复中的多功能性。通过结合物理分离和电化学处理，研究团队为解决当前水处理难题提供了一种集成和高效的解决方案。这一成果不仅具有重要的理论价值，还具备广泛的实际应用前景，为未来的环保技术发展提供了新的方向。