摘要：超亲水-超疏油油水分离膜是一种过水隔油的特殊分离膜,在处理海洋溢油污染、环境含油废水时具有保持分离膜不被油污染的优势,有十分重要的实际意义。为了掌握近年来超亲水超疏油分离膜的发展动态,本文首先以液体静压力与毛细作用力为基础阐述亲水疏油膜的油水分离机理;然后分类概括超亲水-超疏油金属基底网膜、刺激响应油水分离膜、无基底聚合物膜材料的制备及各项性能的研究新进展;最后总结目前在该领域仍存在的问题并进行展望。

摘要：为了强化蒸汽冷凝传热,设计超亲水-疏水组合表面,研究了超亲水网格线间距、壁面过冷度等参数对蒸汽冷凝传热的影响。组合表面上超亲水网格线之间间距分别为1.5 mm、2.5 mm、3.5 mm,并将组合表面的传热性能与光滑表面和疏水表面进行了对比,同时使用高速摄影仪对组合表面蒸汽冷凝过程进行了可视化。研究发现,超亲水-疏水组合表面可以较好地调控冷凝液滴大小,其冷凝传热性能要优于光滑表面和疏水表面。在△T=4.3 K时,2.5 mm间距组合表面的传热系数分别是光滑表面和疏水表面的2.2倍和1.6倍。而在三个超亲水网格线间距的组合表面中,网格间距为2.5 mm的组合表面传热性能最佳。在△T=9.0 K时,2.5 mm间距组合表面的传热系数分别是1.5 mm间距组合表面和3.5 mm间距组合表面传热系数的1.2倍和1.8倍。

摘要：透明玻璃和树脂材料应用广泛,是未来世界重要的构成元素。但这些材料表面常易发生水蒸气凝结起雾现象,不但降低了材料本身的透明度,影响相关产品的使用,还会给设备的运行安全带来隐患。因此,如何防雾逐渐引起研究人员和产业届的关注。常见的防雾技术有自动擦拭、热力防雾、表面涂层等。其中,具有主动防雾性能的超亲水表面涂层技术在施工简便性、持续防护性及运行维护成本的经济性等方面具有独特优势,是最有发展潜力的防雾技术。详细介绍了超亲水防雾表面的设计和制造技术的最新进展,从起雾现象的机制出发,介绍了水滴的形核和生长,并由此引出超亲水表面的防雾机理。分类介绍了由不同制备方法所得到的超亲水防雾表面,重点综述了近年来超亲水防雾涂层技术的研究进展,包括有机超亲水涂层、无机超亲水涂层与有机无机杂化超亲水涂层。针对各种形式的超亲水涂层技术,分别从涂层的亲水性、防雾性、耐久性及制备膜层的结构与性能之间的关系等方面进行了归纳。最后,根据超亲水防雾表面在不同领域的实际应用,对其未来的发展进行了展望。

摘要：含油污水,特别是油/水乳液的分离是世界性的挑战。膜分离法由于具有分离效率高、能耗低、易于操作等特点,在油水分离领域具有较大的优势。超亲水/水下超疏油材料是“除水型”特殊润湿性材料,与超疏水-超亲油网膜相比,超亲水/水下超疏油膜在对抗有机污染和生物污染方面更具优势。超亲水/水下超疏油膜在处理含油污水过程中面临的主要问题有化学稳定性及膜污染。膜污染会导致分离效率及过滤通量下降等问题,缩短膜的使用寿命。因此,解决滤膜污染问题对污水处理至关重要。目前超亲水/水下超疏油材料改性的重点主要有三方面:提高过滤通量、抗污能力及设计合适的孔径。许多研究人员通过对疏水性基材(聚合物膜、金属筛网)进行改性以增强膜的亲水性和抗污性能,并取得了丰硕的成果。目前,聚合物膜改性方法主要分为基体改性和表面改性两种。基体改性即通过接枝共聚或共混等方法对膜进行亲水改性,然后将改性后的膜材料用于膜制备。表面改性是指对商业滤膜表面接枝极性单体或亲水单体。金属筛网常用的改性方法有化学刻蚀、表面涂覆、电化学沉积等。通过改变膜表面的化学组成和粗糙度调控滤膜的超润湿性能,从而提高膜的亲水性、分离效率和抗污性能。为了响应处理工业溢油及保护环境的要求,迫切需要开发具有高分离效率、高选择性和高稳定性的新型分离材料和技术,以应对日趋复杂的油水分离环境。本文以分离油水混合物及油水乳液的滤膜材料作为研究体系,首先介绍了超亲水/水下超疏油表面的理论基础及其构筑机理,然后从不同基材的角度介绍了油水分离功能材料的制备工艺及改性方法。本文全面综述了超亲水/水下超疏油金属网膜、聚合物膜材料和基于纳米材料的新型功能分离膜的研究进展,从润湿性、过滤通量、分离效率、抗污性能等方面综合评估了油水分离功能膜的性能,最后总结和展望了油水功能分离膜未来的发展趋势。

摘要：由于工业的快速发展及远洋石油泄漏事故的频繁发生,含油废水的处理成为当今一大热点问题。因此,迫切需要研究出一种高效、低成本、可重复使用的高性能油水分离材料。近年来,受荷叶自洁性、鱼鳞水下超抗油污、玫瑰花超疏水性等的启发,人们开发了大量的超亲油-超疏水型及超亲水-水下超疏油型油水分离材料,但这些材料还存在以下缺点:(1)由于材料的亲油性,其孔道易被油污堵塞,分离效率会大幅降低;(2)水的密度一般比油大,进行油水分离时,通常需要外加能量。随后,学者通过对材料表面化学成分及表面粗糙结构进行深入研究,开发出一种更先进的超亲水-超疏油材料,其具有隔油透水性,在处理含油废水时呈现出防油污、高通量、高效率、可重复使用的优点;此外,由于其具有亲水性,仅在重力作用下即可完成油水分离,具有重要的实际应用意义。根据表面能原理可知,超疏油表面往往也超疏水,因此要合成超亲水-超疏油材料十分困难。早期研究者认为有以下三种理论可以解释超亲水-超疏油表面形成的原因:(1)超亲水-超疏油表面是由极性液体与非极性液体在表面的润湿性差异实现;(2)水的作用力诱导表面分子重排;(3)油滴较大被表面疏油组分阻挡,水滴较小可穿透疏油层到达亲水区域。这三种理论的提出加快了超亲水-超疏油表面的研究进程,但并未形成系统的理论体系。近年来,研究者发现材料表面能由极性分量与色散分量组成,因此他们提出可以通过控制这两种因素来调控材料表面的润湿性。该系统理论的提出加速了超亲水-超疏油材料的发展,为未来该类材料的发展与设计提供了理论依据。本文首先介绍了超润湿的基础理论、油水分离机理,然后综述了超亲水-超疏油材料制备的四种理论,总结了近几年超亲水-超疏油材料的特点及在油水分离方面的应用。最后针对该领域存在的问题,提出了解决方法并展望了其未来的发展方向。

摘要：采用溶胶凝胶法,以钛酸丁酯为前驱体、硝酸银络合物为银源、聚乙二醇2000(PEG2000)作为结构导向剂,制备超亲水多孔Ag-TiO2复合薄膜。用X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪、扫描电镜、原子力显微镜表征薄膜晶相结构、化学成分以及表面形貌。根据静态水接触角、动态润湿时间、超亲水长效稳定性综合评价不同Ag含量及PEG2000添加量薄膜的超亲水性能。研究发现,掺杂Ag与PEG2000对薄膜在非紫外光下的超亲水特性具有协同作用,掺杂Ag明显提高薄膜动态润湿速度及可见光响应,表面粗糙多孔结构有利于避光条件下的长效超亲水特性。Ag含量10%、PEG2000掺杂量5%的Ag-TiO2复合薄膜在自然光条件下已具备优良的超亲水性能;水滴0.2 s内即可在表面完全铺展到0°;避光条件下保存,超亲水时效性可达到30 d以上。在可见光活化下即可强化超亲水性能,具有良好的防雾效果。

摘要：电解水制氢是一种环保、简便且易于操控的制氢技术。工业化电解水制氢通常在高电流密度下进行,在制氢过程中会产生大量气泡,而气泡在电极表面聚集粘附会覆盖大量活性位点,导致电解水效率降低。因此,调控气体扩散行为对于工业电解水应用来说至关重要。近年来,超浸润材料因为其独特的润湿性能而备受关注。通过控制催化剂表面的化学组成和多尺度微纳米结构可以构建出超浸润界面材料。此类材料具有超亲水/超疏气的界面结构,有助于水相电解液的有效浸润和原位生成气泡的快速释放,从而提升催化剂的水电解性能。系统介绍了2014年至2023年期间报道的部分具有超亲水/超疏气界面结构的电解水催化剂的现状,概述其材料的合成设计策略和水电解催化性能,并对超浸润水电解催化剂的研究现状、面临的挑战和应用前景进行了总结和展望。

摘要：采用溶胶凝胶工艺,与高纯硅溶胶复合制备了不同粒径匹配的超亲水涂层溶液,采用提拉工艺在玻璃基体上制备了超亲水涂层,分析了影响涂层厚度的因素,通过SEM分析了涂层的微观结构和膜层厚度及易清洁的机理,通过椭偏仪测试了涂层的厚度、孔径分布及气孔率、折射率等性能,通过户外自然积污实验测试了涂层的抗灰尘、易清洁性能,结果表明:涂层具有凹凸微纳多孔结构,涂层厚度在150~275 nm之间,气孔率3%~5%,气孔尺寸小于2 nm。通过控制溶胶组成与制备工艺参数,制备的涂层具有超亲水、耐污秽、易清洁性能。

摘要：自洁涂层是具有纳米结构的功能膜层,广泛应用于光伏、建筑幕墙玻璃、汽车玻璃等领域。本文采用溶胶-凝胶法制备出了超亲水、光增透、自洁功能的水性无机纳米涂层,涂层具有氧化硅纳米粒子颗粒定向排列及有序“峰谷”堆积的微观特征,有效实现3.7°的超亲水,5%的光增透及防尘功能。揭示了涂层的自清洁、超亲水和光增透机理,并实现了在光伏组件的应用及发电量考核,日均增发电量可达4%以上。水性体系具备安全、环保等市场需求,可实现工程化量产及推广。

摘要：设计与合成了磺酸甜菜碱型的两性离子化合物:N,N-二甲基氨甲酸乙酯基丙基三乙氧基硅烷磺酸内盐(SiNNS),利用红外光谱(FTIR)和氢核磁共振波谱(1H NMR)对其分子组成与结构进行了表征.通过自组装技术将SiNNS分子构筑在玻璃基材表面,形成了模拟细胞外层膜的仿生表面.利用原子力显微镜(AFM)、X光电子能谱(XPS)和接触角测量仪对表面的形貌特征、化学组成和润湿性进行了表征.以空白玻璃为对照样品,研究了这一表面的防雾性能和抗细菌黏附性能.结果表明,所制备的两性离子自组装仿生表面具有超亲水性和水下超疏油特性,其水滴接触角为9.2°,水下油滴接触角接近180°;与对照样品相比,两性离子自组装表面具有优异的防雾性与抗细菌黏附性.