摘要：近日，浙江工业大学胡艳军教授团队通过创新性三维多孔结构精准构造与纳米材料有序嵌入技术开发出具有机械应变响应和光热协同效应的石墨烯改性超浸润海绵。该材料可实现孔隙结构动态调控（液体通量15-450 L/m2·h可调），对于多组分复杂含油废水和悬浊乳液的净化效率可

1、成果简介

近日，浙江工业大学胡艳军教授团队通过创新性三维多孔结构精准构造与纳米材料有序嵌入技术开发出具有机械应变响应和光热协同效应的石墨烯改性超浸润海绵。该材料可实现孔隙结构动态调控（液体通量15-450 L/m2·h可调），对于多组分复杂含油废水和悬浊乳液的净化效率可达98.6%；其光热效应使超高粘度废油粘度快速降低88.6%，促使高粘度油性废水分离效率提升至99.2%（提升16.3%），解决了传统净化材料处理多组分含油废水时孔隙失配与高粘油分离失效的难题。这一技术为工业、生活等领域废水净化提供了新方案，可应用于含油废水回用灌溉、有毒工业废水生态修复等领域。研究成果以“Elastic-Photothermal Graphene-modified Super-wetting Sponge for Efficient Purification of Multicomponent Oil-Water Emulsions”为题发表于《Advanced Functional Materials》。浙江工业大学胡艳军教授为通讯作者，焦龙副教授为第一作者，研究生潘梓冰为第二作者，李栋梁助理研究员等为共同作者。浙江工业大学为第一完成单位，深圳华大生命科学研究院为合作完成单位。

2、引言

基于超润湿材料的油水分离技术因其低能耗和环境友好特性，在含油废水回用、海洋油污治理等领域具有重要应用价值。然而，现有技术面临双重挑战，即多组分乳液净化时孔隙结构失配导致使用场景受限，且高粘油相引发的动态润湿滞后与界面传质阻力造成膜孔堵塞。然而传统离心分离与化学破乳方法存在高能耗、二次污染及选择性差等缺陷。因此，如何构建兼具动态孔隙调节能力与高效降粘的材料体系，实现复杂废水的高效净化，仍是该领域的技术难题。开发智能响应型超润湿材料，协同调控孔道结构与油相流变行为，已成为提升废水处理精度和可持续性的关键技术方向。

3、图文导读

研究者通过“溶胀-收缩”浸渍工艺，在弹性PDMS海绵骨架上构建褶皱石墨烯修饰的超润湿界面，形成兼具应变响应孔隙调控与光热驱动降粘的双功能三维材料。该设计利用海绵在石油醚中的瞬时溶胀（体积膨胀>300%）及后续热致收缩（93%体积回缩），使石墨烯纳米片沿收缩孔道自组装成褶皱微纳结构，赋予材料动态可调的分离性能，如图1所示。

图1、光热-弹性超浸润海绵制备流程以及总体性能示意图

通过压缩应变可实现通量15-450 L/m2·h的大范围精准控制，突破了传统超润湿材料孔隙结构失配的局限，实现水资源定制化高效净化回收，在37.5%应变下对含十六烷乳化油实现99.8%分离效率，对染料-乳化油的复合污染体系整体净化效率超98.6%，如图2所示。

图2、光热-弹性超浸润海绵针对多组分复杂含油废水的净化效果

针对高粘度含油乳液中油滴迁移困难、聚并效率低的瓶颈，利用太阳能下材料的光热响应特性（1.5太阳辐照下5分钟升温至85℃），显著降低油相粘度（从110.32 mPa·s下降至12.62 mPa·s，降幅达88.6%），使液体整体流动从粘性主导向惯性主导转变，利于油滴快速聚并和分离；同时，油-水界面张力下降增强了油滴的变形能力，使其更易被多孔结构截留。上述协同机制共同促进了油滴在微通道中的迁移与聚合，促使分离效率从82.9%提升至99.2%。

该系统处理模拟厨房废水后，滤液COD降至0.16×103 mg/L（满足我国农灌用水标准0.2×103 mg/L），小麦种子发芽率达48.7%，达到纯净水效果。此外，在染料废水净化验证中，过滤后斑马鱼胚胎孵化率由71%升至94%，发育迟缓和色素沉积等不良现象显著缓解，验证其对有毒有机物的高效去除能力。该超浸润分离材料设计理念为绿色低碳、高效可靠的高粘度复杂组分废水处理提供了新路径，在多源污染协同治理和水资源可持续利用方面展现出重要应用价值。

来源：DeepTech深科技