石油工业中的石油泄漏和污染，尤其是高粘度原油，会导致资源浪费和环境破坏[1],[2],[3],[4]。表面活性剂和高速均质化过程产生了大量难以分离的稳定乳化原油。常见的破乳技术（如离心、电凝聚和化学破乳）通常效率低、能耗高且会引起二次污染[5],[6]。因此，由于其低成本和环境友好性，超润湿破乳技术受到了广泛关注。
依赖尺寸筛选机制的二维（2D）超润湿材料通常会在分离效率和渗透通量之间产生权衡[7],[8],[9],[10]。三维（3D）多孔材料通常具有较大且相互连接的孔隙，这些孔隙形成了长而复杂的传输路径，延长了材料与油滴之间的相互作用时间[11],[12],[13]。这有助于油滴的聚集和破乳，从而同时实现高分离效率和高通量。然而，3D材料由于内部结构复杂，更容易受到污染。
超润湿材料的污染主要是由乳液中的油引起的，可分为可逆污染和不可逆污染[14],[15]。可逆污染是由于油滴的浓度极化造成的。具体来说，油滴在分离过程中被截留并在材料表面形成边界层，增加水力阻力并降低通量[16],[17]。不可逆污染主要是由于油滴在材料表面的吸附[18],[19]。在亲油性和范德华力的作用下，油滴会发生变形、膨胀，甚至完全覆盖表面，从而改变材料的物理性质并降低破乳所需的驱动力。因此，分离效率和通量都会受到影响。
为减轻污染，人们提出了多种防污策略。一种广泛采用的方法是增强表面水合作用。例如，具有强水合作用的两性共组装膜显示通量为5163 L·m-2·h-1，分离效率为99.7%。经过20次乳液分离循环后，其分离性能仍然保持稳定[20]。另一种策略是施加外部刺激以促进污染物从表面的脱落。通过在膜上构建支撑层和界面隔离层，这些层的协同作用使通量维持在654.11 L·m-2·h-1，分离效率为99.41%。经过多次循环后，轻质和重质油乳液的通量恢复率分别达到89.75%和90.41%[21]。低表面能改性的膜在乳液分离过程中通量下降幅度小于15%，恢复率接近100%[22]。此外，结合光催化活性和分离功能也是一种有前景的策略，可以同时提高抗污染能力和能源效率[23]。
然而，这些策略的防污性能仅适用于实验室条件下用低粘度有机物质制备的模拟乳液[24],[25]。实际生产过程中的油通常粘度更高、流动性更低，成分也更复杂[26],[27]。最近的研究进一步强调了需要能够在复杂废水条件下保持稳定性能的强效分离材料，尤其是对于含有表面活性成分的乳液系统[28]。在实际工业乳液中，通常使用大分子有机物质（如沥青质或胶体）作为表面活性剂。表面活性剂吸附引起的空间阻碍效应比实验室使用的离子表面活性剂更为严重[29]。此外，芳香族结构会通过π-π堆叠、氢键和疏水作用与材料表面形成多点高能屏障，极难去除[30],[31]。传统超润湿材料容易发生孔隙堵塞，最终导致破乳驱动力失效[32]。因此，开发专门针对高粘度油的强抗粘附性能的超润湿材料非常必要。向的研究[33],[34]通过膜界面工程展示了有效的原油乳液分离策略，即使对于高粘度原油也能实现超过1000 L·m-2·h-1·bar-1的稳定通量和高效分离，突显了润湿性和结构设计的重要性。尽管如此，针对高粘度油水乳液的破乳性能仍有改进空间。
目前，用水凝胶改性被认为是有效防止原油粘附的方法。含有丰富亲水性基团（如羧基和羟基）的水凝胶可以形成强水合层，显著增加原油粘附的能量屏障，从而实现优异的防污性能[35],[36]。杨的研究[37]表明，结合增强表面极性的层级结构可以通过形成纳米/微水腔来抵抗原油粘附，发挥出色的防污效果。然而，对于内部结构更复杂的3D材料，水凝胶对原油的防污性能仍需进一步研究。低表面能改性可以直接提高油-固体粘附状态的总能量，从而赋予材料内在的疏油性[38]。目前，低表面能材料的表面能主要受分散成分控制[15],[39]。为了促进水渗透，表面通常被设计为复合结构，利用链迁移或尺寸排阻机制[40],[41],[42]。然而，这种方法往往会导致显著的渗透延迟。相比之下，潘的理论[43]提出，以极性成分为主导的表面能量可以即使在总表面能较高的情况下也能保持内在的疏油性，同时最小化水渗透延迟。预计水凝胶和表面能改性的协同作用将提供更强的抗高粘度油粘附能力。
受此启发，我们采用水热法在镍泡沫表面制备了镍钴矿（NiCo2O4）微/纳米结构，然后涂覆钙藻酸盐水凝胶，并引入全氟辛酸钠（SPFO）。这样，材料具备了强表面水合作用、极性成分主导的表面能和层级粗糙结构。对于高粘度原油乳液，该镍泡沫的最大通量可达2257 L·m-2·h-1，分离效率高达98.2%，在连续分离过程中通量可维持在约1800 L·m-2·h-1，分离效率约为98%。这项研究表明其在高粘度油水乳液分离中的实际应用潜力巨大。
