随着工业技术的不断进步,人们对原油的需求逐年增加的同时也带来了海上石油泄露,工业废油以及生活含油废水等污染等问题。其中污染物中的油组分大多具有毒性,如果不及时处理将对水体、生态甚至人类生命健康造成巨大危害。此外,在油田开采后期,往往采用注水方式驱油,该处理过程会产生一定的悬浮油水乳液,这就增加了油品回收的难度。因此,面对亟待解决的油水分离问题,科研工作者们从材料表面浸润特性出发,通过调控材料表面的化学组分和表面粗糙度制备出具有特殊浸润性的油水分离材料。基于上述研究背景,本文以来源广泛,经济环保的天然植物纤维基材为原料,设计制备了特殊浸润性油水分离材料或油水分离装置,用于解决水体中的油污染问题和含水废油的油品提纯回收问题,最终实现以废治废甚至油品提纯回收的目的。本论文通过研究这些特殊浸润性功能材料或装置在油水分离过程中所起到的作用以及表现,探究其中基本的科学问题,从而进一步对这些材料的理论价值与实用价值进行综合评估。本论文主要以材料表面润湿特性、材料油水分离特性以及材料普适性三个方面展开,内容如下:(1)疏水/亲油磁性木粉复合材料。综合考虑成本和环保性两个方面,我们以杨木粉为原料基材,制备了疏水/亲油磁性木粉吸附材料。该材料对水的接触角为140°,油下对水油下接触角为139°,可对外界磁场产生响应,便于操控。通过磁力搅拌,疏水/亲油磁性木粉能够有效分离无表面活性剂的水包甲苯乳液,处理后溶液油分含量下降率97.6%,滤液水纯度为99.96%。将疏水亲油磁性木粉包夹在尼龙膜中间,制备成尼龙/疏水磁性木粉夹层膜,该复合夹层膜在真空度-0.09 MPa条件下能够分离乳化剂稳定的甲苯包水型乳液,平均纯化效率为99.94%。尼龙/疏水磁性木粉夹层膜可以被清洗回收再利用,并且经过20次反复使用,油品纯化效率基本保持在99.90%以上,说明该复合膜具备优异的分离效率以及循环稳定性。除此之外,该复合夹层膜在真空度-0.09 MPa条件下可用于分离多种乳化剂稳定的油包水型乳液(如:甲苯、四氯化碳和氯仿),分离效率不低于99.9%。本实验考查并挖掘疏水亲油磁性木粉吸附材料在油乳分离领域的潜在应用,为利用植物纤维处理各种油水乳液混合物做出初步的探索。(2)湿固化型聚氨酯制备特殊浸润油水分离材料。以麻布织物为原料基材,利用湿固化聚氨酯胶黏剂遇水固化的特性,直接在材料表面构筑满足超浸润表面所需的粗糙结构,构筑过程中,不需添加额外的纳米粒子,材料经过低表面能修饰后即制得特殊浸润油水分离材料。超疏水性麻布织物具备高疏水性对水的接触角为152°,且具有良好的酸碱抗性、油浸蚀抗性,可用于选择性分离分层油水混合物,解决了传统油水分离材料抗水性差,造价昂,油水分离耗时长等问题;该麻布织物材料可以用于循环分离多种油水混合物,展示了较高的油水分离性能和循环使用稳定性能。同时,利用湿固化聚氨酯遇水固化的方式可以在多种不同基材表面构筑满足超浸润所需的粗糙结构,所制备的疏水化材料表面对水的接触角均高于150°。其中,湿固化聚氨酯制备的超润湿织物滤膜材料(麻布织物与尼龙织物)能够分离不同种类的互不相容性油水混合物,分离效率均高于 99%。(3)多功能超浸润油水分离器的制备。针对分层油水混合物的分离,油水乳液的分离以及目前仍需亟待解决的多相油乳/水混合物的分离,本文设计了操作简便、油水分离特性优异且稳定的,功能化超浸润油水分离器。将超亲水/水下疏油秸秆粉吸附剂装填到PDMS/SiO2麻布袋中,组装成悬挂式油水分离器,可用于分离油水乳液甚至目前仍需亟待解决的多相油乳/水混合溶液。该分离器对乳化剂稳定型甲苯包水乳液的平均纯化率不低于99.95%;对多相油乳/水的混合物的平均纯化率不低于99.85%且经过15个循环后其油水分离效率仍保持在99.8%以上,适用于多相油包水乳液/水混合物的分离,用乙醇简单清洗处理后可以反复使用。实验结果显示,超亲水/水下疏油棉花饱和吸油量在12～27 g g-1之间。将超亲水/水下疏油棉花吸附剂装填到具备超疏水/超亲油PDMS/SiO2麻布袋中,组装成吸附式油水分离器,可用于吸附分离两相油水混合物(如正己烷/水、甲苯/水、汽油/水以及柴油/水)和三相油水混合物(如:甲苯/水/四氯化碳),分离效率不低于99.9%,且具有良好的可循环使用性能。在吸附粘度较低的有机溶剂后可通过将滤芯取出并挤压的方式对样品进行回收再利用;对于粘度高的油质可以通过更换滤芯的方式对超浸润布袋回收,回收后的疏水/亲油麻布在被油分完全浸湿之后依然保持优异的疏水亲油性能。(4)超浸润自驱动集油器的制备。设计超浸润自驱动集油器,用于自驱动重复收集水面粘性浮油,为制备或设计可持续性黏油收集装置提出了新思路。将中空多孔聚乙烯球装填到超疏水/超亲油麻布袋(PDMS/SiO2负载麻布袋)中,即组装成超浸润自驱动集油器。其中,集油器外侧超疏水/麻布织物在磨耗实验、酸碱腐蚀实验以及油腐蚀实验中展示出良好的抗腐蚀特性和机械稳定性;中空多孔聚乙烯球作为内部支撑物,可以最大限度的撑开并稳定布袋内部空间,提升集油器收集容量。超浸润自驱动特性集油装置在不借助其它外力情况下可自发收集水面浮油,且经过50次循环后,二甲基硅油平均回收率为94.81%。此外,集油器完成油收集后浸泡在水中长达15天,其漂浮黏油回收率不低于95.8%,证明该集油器可以满足对采集的粘性浮油进行长时间储存的要求。超浸润自驱动特性集油装置能够应用于多种黏油的收集,经过一定比例放大后可以用于回收漂浮混油,具备广阔的应用前景。