随着经济的发展,成分越来越复杂的含油废水的排放量不断增加,海洋石油泄漏事故也频繁发生,这些复杂环境给油水分离带来了新的挑战。相比于传统方法,通过调控固体表面浸润性实现油水分离,简单高效且操作成本较低,受到越来越多的关注。其中,亲水水下疏油材料较易制备更适用于大规模的油水分离。因此,本文通过引入化学性质稳定的Co₃O₄,对不锈钢网进行改性,调控其表面浸润性的同时,增强其在复杂环境中的油水分离性能。随后引入TiO₂,利用其光催化所产生的强氧化性自由基来提高材料的自清洁能力,同时借助于一系列的表征方法和测试手段,将材料的表面性质与其油水分离和自清洁性能进行关联。通过简单的水热和锻烧过程,将Co₃O₄负载到不锈钢网上,借助于XRD、SEM和CA等表征手段对所制备的Co₃O₄网的表面性质进行分析,发现负载Co₃O₄后,不锈钢网的浸润性由疏水水下疏油转变为超亲水水下超疏油。同时考察了钴源、反应物摩尔比和水热时间等制备条件对其形貌和浸润性的影响,得到较优的制备条件为:以硝酸钴为钴源,与尿素的摩尔比为1:5,水热反应6h。此条件下,不锈钢网表面有两层Co₃O₄,内层为针状的Co₃O₄,外层为片状的Co₃O₄,独特的形貌使其具有较好的水下疏油性。所制备的Co₃O₄网能够有效分离多种类型的油水混合物,分离效率和液通量分别能达到99.4%和75000 L·m-2·h-1以上。以腐蚀性液体和砂纸摩擦来模拟油水分离过程中的复杂环境,该法所制备的Co₃O₄网受pH的影响较小,在较宽的pH范围内均能保持水下超疏油性质,同时高浓度的酸性、碱性和盐溶液也不会影响其油水分离效率,表现出较好的化学稳定性。此外经过40个砂纸摩擦循环后,其水下油接触角仍能达到148°以上,具有较好的机械稳定性。进一步通过自组装法,以钛酸四正丁酯为钛源引入TiO₂,通过XRD、SEM、EDS和CA等对所制备的Co₃O₄/TiO₂网的表面性质进行表征与分析,通过改变TiO₂的沉积位置以及自组装次数来优化材料的制备条件,提高其水下疏油性。较优的制备条件为:TiO₂经过5次自组装,沉积在Co₃O₄网的顶端。此时所制备的Co₃O₄/TiO₂网既保留了原有Co₃O₄网的形貌,同时由于沉积了亲水的TiO₂,水下疏油性能得到进一步提高。以油酸为目标污染物,发现Co₃O₄/TiO₂网在被污染后置于含水环境中,紫外光照射40 min即可恢复浸润性,相比于Co₃O₄网具有较好的自清洁性能。此过程主要依赖于TiO₂在紫外光照射下,与水等反应生成的强氧化性自由基团。在经过3个自清洁循环后,所制备的Co₃O₄/TiO₂网的水下油接触角仍能达到148℃以上,显示出较好的循环使用性。