基于仿生设计的环境友好型油水分离材料制备及性能研究

With the increase of environmental contaminations, such as oil spills, industrial waste water emissions, the exploration and development of environmental-friendly, practical, efficient materials for oil/water separation becomes more and more important, due to the great effect on people's living, environmental safety, sustainable development. Inspired by nature, we study the preparation and properties of environmental-friendly materials for oil/water separation by using the principle of special wettability. Firstly, by selecting environmental-friendly hydrophilic polymers, we will construct the interface with bio-inspired micro/nanostructures to achieve the underwater superoleophobicity. Secondly, we will systematically study mechanism of oil/water separation, and then optimize the efficiency of oil/water separation, aim to preparing easy-recovered environmental-friendly materials for oil/water separation. Finally, we will introduce inorganic nanoparticles to form inorganic/organic synergic materials, developing high-strength, self-supporting, environmental-friendly materials for oil/water separation. Our project proposes a new method based on special wettablity, and will overcome the defect of traditional oil/water separation material, such as easy contamination, difficult recovery. Furthermore, we will develop and improve of the mechanism of environmental-friendly materials using in the field of oil/water separation, which would provide insight into the design of new oil/water separation materials for different needs. Therefore, our project has important theoretical significance and practical value.

随着原油泄漏、工业废水排放等环境问题日益突出，探索与开发环保、实用、高效的油水分离材料成为关系人民生活、环境安全、可持续发展的重要课题。本项目遵循仿生设计的理念，利用特殊浸润性原理，开展环境友好型油水分离材料的制备及性能研究。通过选用亲水性环境友好高分子材料，构筑界面微纳米结构，实现材料表面的水下超疏油性；此基础上，系统研究特殊浸润性材料用于油水分离的机理，优化油水分离效率，制备易回收的环境友好型油水分离材料；更进一步，通过引入无机纳米掺杂，发挥无机/有机协同作用，开发高强度、自支撑的环境友好型油水分离材料。本项目针对传统油水分离材料易污染、难回收的问题，提出切实可行的材料设计新方法，发展与完善具有特殊浸润性的环境友好材料用于油水分离领域的机理研究，为研发适应不同环境需求的新型油水分离材料提供新思路，具有重要的理论研究意义和实际应用价值。

本项目的选题围绕民生、环境等国家重点关注领域，针对原油泄漏及工业废水等突出环境问题，通过微纳米层次的结构设计，突破材料浸润性调节的关键问题，构筑一系列具有特殊浸润性的环境友好的界面粘附材料、油水分离材料。. （1）基于仿生设计的具有特殊浸润性的可降解粘附界面的构筑。从自然界的花粉多孔结构中获取灵感，深入研究了微纳米结构的构筑与浸润性的关系，运用相分离和电流体动力学相结合的技术制备了多孔可控的仿生可降解粘附微球。 . （2）发展与完善仿生设计的微纳米界面结构的超浸润机理及应用。在上个工作的基础上，我们总结了自然界中带给我们启发的超浸润生物表面，以及近年来基于仿生设计的超浸润界面设计的机理与应用，探讨其在生物粘附、海洋防污、油水分离领域的前景。. （3）无机纳米粘土复合的高强度界面光响应的环境友好水凝胶材料。通过前述工作的分析，我们从实际应用的角度出发，引入无机粘土片层结构，以增强其力学性能，适应应用需求，制备了界面光响应的粘土复合水凝胶。. （4）构筑环境友好的琼脂/聚异丙基丙烯酰胺/粘土复合水凝胶油水分离材料。在深刻理解仿生设计的微纳米结构构筑和材料界面超浸润行为的基础上，我们以实际应用为导向，构筑了粘土增强的环境友好的复合水凝胶，通过界面微纳米结构的调控，实现油水分离效果的优化，制备了高强度、海水耐受的环境友好油水分离材料。. 项目将为设计适应不同环境需求的新型油水分离材料提供新的思路，具有重要的科学意义和应用前景。