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  原油泄漏和工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的含油廢水所帶來(lái)的環(huán)境污染正威脅著全球生態(tài)系統(tǒng)，盡管?chē)?guó)內(nèi)外已提出了多種策略方法并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的分離材料來(lái)應(yīng)對(duì)水污染問(wèn)題，但在回收溢油或處理含油廢水時(shí)，通常需要面對(duì)較復(fù)雜的廢水狀態(tài)或苛刻的操作條件。例如，泄漏的原油在常溫下難以回收；在溢油回收作業(yè)過(guò)程中，油品具有可燃性，存在著巨大的火災(zāi)隱患；成功處理溢油或含油廢水后，油及材料無(wú)法在低能耗下回收，且潛在的有害細(xì)菌微生物可能會(huì)在水中繁殖，甚至通過(guò)水媒介傳播，危害人類(lèi)健康，上述問(wèn)題的存在嚴(yán)重阻礙了許多傳統(tǒng)分離材料的應(yīng)用，因此迫切需要高效節(jié)能、可循環(huán)利用的油水分離材料來(lái)解決水污染問(wèn)題。

  為攻克這一難題，團(tuán)隊(duì)提出了一種“一石多鳥(niǎo)”的吸油泡沫設(shè)計(jì)策略，設(shè)計(jì)了一種pH和熱響應(yīng)/光熱殺菌的阻燃吸油泡沫，該泡沫具有光熱觸發(fā)的熱響應(yīng)以切換潤(rùn)濕性，賦予其按需油水分離能力，尤其可提升高黏度原油的吸附能力；并可通過(guò)pH響應(yīng)再次切換潤(rùn)濕性為親水/疏油性，從而改善常規(guī)原油和原油在沒(méi)有外部能量輸入的情況下的自解吸性能，實(shí)現(xiàn)油的回收和吸附材料的循環(huán)利用，泡沫的光熱效應(yīng)和低油黏附性能有效滅殺含油廢水中的細(xì)菌并解決微生物污染的問(wèn)題；此外，泡沫還具有在火災(zāi)中緊急處理溢油和優(yōu)異的火災(zāi)預(yù)警性能。

1.P-Fe₃O₄-PDA@MF泡沫的吸油及其機(jī)理

2. P-Fe₃O₄-PDA@MF泡沫的解吸油及其機(jī)理

3. 基于光熱效應(yīng)的高黏度原油的回收

4.含菌水包油廢水的分離和光熱抗菌研究

5.吸油滅火和火災(zāi)報(bào)警應(yīng)用研究

圖6 (a) P-Fe₃O₄-PDA@MF吸油阻燃機(jī)理圖；(b) P-Fe₃O₄-PDA@MF電阻隨溫度變化趨勢(shì)圖；(c) P-Fe₃O₄-PDA@MF火災(zāi)報(bào)警響應(yīng)圖

  總而言之，該策略提供了良好的吸油材料設(shè)計(jì)思路，以實(shí)現(xiàn)潤(rùn)濕性的可控切換來(lái)分離含油廢水，并通過(guò)光熱轉(zhuǎn)換有效提升高黏度原油的回收率，且提供了一種一體化過(guò)濾含菌廢水和殺菌的方法，并有效應(yīng)對(duì)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。該工作將為智能響應(yīng)型吸油材料設(shè)計(jì)提供參考，有望進(jìn)一步推動(dòng)復(fù)雜條件下溢油處理的研究。

  文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jmst.2022.05.002

  此外，課題組在抗菌和抗細(xì)菌黏附技術(shù)的構(gòu)建及其應(yīng)用方面也取得了其它系列成果：

  （1）設(shè)計(jì)了一種用于分離含細(xì)菌、染料和金屬離子復(fù)雜廢水的響應(yīng)型Janus PVDF復(fù)合膜，膜的抗菌性和低黏附性有效將細(xì)菌殺滅和解決了工業(yè)界膜的微生物和油污染問(wèn)題(Chemical Engineering Science, 2022, 253, 117586);

  （2）揭示了可切換超疏/超親水智能表面抗菌抗細(xì)菌黏附性的差異和關(guān)聯(lián)(Chemical Engineering Journal(IF=13.2), 2022, 431, 134103);

  （3）設(shè)計(jì)出了一種能夠一步分離含細(xì)菌/染料/油的復(fù)雜污水且能夠抗細(xì)菌/染料/油黏附污染的復(fù)合膜。(Chemical Engineering Journal(IF=13.2), 2021, 413:127493);

  （4）為探究新型的高效抗菌分子，設(shè)計(jì)合成了一種仿生甲殼蟲(chóng)狀的抗菌大分子(International Journal of Biological Macromolecules(IF=6.9), 2020, 157:553-560，ESI高倍引論文);

  （5）為解決多孔粗糙纖維表面由于毛細(xì)管力吸附作用易黏附細(xì)菌的難題，提出了超疏水超疏油Cassie-Baxter狀態(tài)表面構(gòu)建技術(shù)，細(xì)菌液滴被空氣層懸浮在其表面(ACS Applied Materials & Interfaces(IF=9.2), 2018, 10: 6124-6136, ESI高被引，熱點(diǎn)論文);

  （6）為探究在任意異型表面構(gòu)筑抗細(xì)菌黏附表面技術(shù)，研究開(kāi)發(fā)了一種簡(jiǎn)易噴涂抗細(xì)菌黏附微球的技術(shù)，提出了親水阻抗和疏水排斥型兩種抗細(xì)菌黏附模型，并論證了超疏水疏油/超疏水水下疏油特性是疏水表面抗細(xì)菌黏附的內(nèi)在機(jī)制，首次通過(guò)分子模擬闡述水化層阻抗是親水表面抗細(xì)菌黏附的內(nèi)在機(jī)制(Journal of Materials Chemistry A(IF=12.7), 2019, 7:26039-26052, ESI高被引);

  （7）提出實(shí)現(xiàn)了抗細(xì)菌黏附技術(shù)在基于Cassie-Baxter潤(rùn)濕狀態(tài)下具有抗液體干擾和抗細(xì)菌黏附的高拉伸性和超靈敏可穿戴柔性應(yīng)變傳感器中的應(yīng)用(Advanced Functional Materials（IF=18.8）, 2020, 30(23): 2000398, ESI高被引);

  （8）為探究在復(fù)雜多變的環(huán)境下構(gòu)筑抗細(xì)菌黏附表面的技術(shù)，研究開(kāi)發(fā)了一種智能抗細(xì)菌黏附溫度和光雙重響應(yīng)增強(qiáng)技術(shù)，提出并論證了溫度和紫外光照射刺激對(duì)復(fù)合表面的抗細(xì)菌黏附性能的影響規(guī)律及其機(jī)理。(Chemical Engineering Journal(IF=13.2), 2021, 407: 125783，ESI高被引)。