作者

宋云云、于照鹏*、张忠强*

机构

江苏大学机械工程学院，苏州工学院汽车工程学院

Citation

Song Y Y, Lu J S, Zhang Y, Yu Z P, Liu Y, Zhang Z Q. 2025. Micro-nano manufacturing of a pre-identified organic hydrogel surface for selective oil/water separation with ultra-high flux. Int. J. Extrem. Manuf. 7 065506.

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https://doi.org/10.1088/2631-7990/ade9fe

撰稿 | 文章作者

1.文章导读

工业废水排放和石油泄漏导致的水污染问题日益严重，传统油水分离材料难以应对复杂多变的油水混合物。

近期，江苏大学张忠强教授团队（宋云云第一作者）在《极端制造（英文）》（International Journal of Extreme Manufacturing, IJEM）期刊上发表了一项创新研究，通过微纳制造技术制备了一种溶剂响应型有机水凝胶表面。该表面能够根据水或油的刺激自适应切换润湿性，实现选择性油水分离，分离效率高达99.85%，通量达17750 L/m²·h，且具备优异的自清洁抗污染性能，为智能油水分离设备的开发提供了新思路。

2.图文解析

智能润湿性切换

研究团队通过激光刻蚀和银纳米颗粒沉积构建微纳结构基底，结合亲水-亲油单体共聚的有机水凝胶，构筑具有溶剂响应特性的功能表面。水刺激下，表面呈现超亲水-水下超疏油特性允许水通过；油刺激下，则切换为超亲油-油下超疏水特性允许油通过，从而实现选择性油水分离（如图1所示）。

图1  有机凝胶功能表面的制备工艺和油水分离原理。

超高通量与抗污染性能

该表面在重力驱动下即可实现高效分离，通量远超传统材料。其特有的超润湿特性形成的“水化层”或“油膜”能有效排斥污染物，即使连续10次循环使用，分离效率仍保持在99.1%以上（如图2所示）。

图2  油水混合物连续10次循环分离的通量和效率。

预识别功能

表面可预识别水或油环境，选择性捕获水中的油滴或油中的水滴，为复杂油水混合物的精准分离提供了新方案。

图3  捕获水中油滴或油中水滴。

3.总结与展望

本研究创新性地通过微纳制造技术开发出具有溶剂响应特性的有机水凝胶表面，实现了超高通量（17750 L/m²·h）、高效率（>99.8%）的油水分离，其独特的润湿性切换机制和优异的抗污染性能为复杂工业废水处理提供了突破性解决方案。展望未来，研究团队将重点优化材料在极端环境下的稳定性，开发可规模化制备工艺，并探索其在海洋油污治理、食品工业等领域的拓展应用，同时尝试集成传感功能以实现智能化分离系统，推动环保技术向高效精准化方向发展。这一成果不仅为智能分离材料设计提供了新模板，更为实现可持续发展目标提供了创新技术支撑。