工业化的快速推进与石油产品需求的持续攀升，使得含油废水排放问题日益严峻，给人类健康和生态环境带来严重威胁。传统油水分离技术虽能有效处理含油废水及部分不稳定乳化液，但在面对稳定性较强的水包油（O/W）和油包水（W/O）乳液时分离效果不佳。实际工业废水成分复杂，除油类物质外，往往还含有溶解性有机物、细菌及其他微生物等多种污染物，这对分离材料提出了更高要求——不仅需要高效分离油水，还需具备降解或去除其他污染物的能力。实现油水分离与污染物协同去除的双重功能，是应对当前工业废水处理向集成化、高效化发展的必然需求。

图1光/热诱导可切换润湿性复合膜的制备及其应用示意图

近日，新疆大学王鲁香研究员、徐梦姣教授团队在《Chemical Engineering Journal》期刊上，发表了最新研究成果“Composite membrane with photo/thermal-induced switchable wettability for oil/water separation and dye degradation”。该研究以静电纺丝技术制备的碳纤维膜（CFM）作为基底，通过溶剂热法在其表面原位生长ZnO纳米针阵列，随后利用化学接枝法将温敏性聚合物聚（N-异丙基丙烯酰胺）（PNIPAm）接枝于ZnO/CFM表面，构建出一种兼具温敏润湿性和光催化性能的复合膜材料，该复合膜可高效分离O/W和W/O乳液。此外，PNIPAm接枝层不仅赋予复合膜温敏特性，还促进了光生电子-空穴对的分离，从而显著提升了复合膜在可见光/紫外光照射下的光催化降解能力，实现了对乳液中油相及溶解性有机污染物的同步去除。

图2 PNI-ZnO/CFM-2的形貌图

当Zn(NO3)2·6H2O与C6H12N4的摩尔比为2:1时，通过溶剂热法成功在碳纤维膜表面生长出ZnO纳米针阵列，获得结构完整、孔隙适中的ZnO/CFM-2复合膜。后续经PNIPAm接枝后，聚合物层包覆在ZnO纳米针表面及间隙，纤维直径增至约1.3μm，同时保持纳米针的基本形貌。

图3 PNI-ZnO/CFM-2复合膜的润湿性能测试

在润湿性测试中，PNI-ZnO/CFM-2复合膜表现出显著的温度响应行为。当温度低于PNIPAm的LCST时（约32 °C），复合膜表面呈现亲水性，水滴接触角接近0°，并可在131 ms内迅速铺展并完全浸润；而当温度升至LCST以上时，膜表面润湿性可逆转变为疏水状态，水滴接触角显著增大。这一可逆润湿性转变源于PNIPAm分子链随温度变化的构象转变：低温下，PNIPAm通过氢键与水分子作用，分子链伸展呈亲水性；高温下氢键被破坏，分子链脱水收缩，暴露出疏水基团，导致表面整体疏水。

图4 复合膜的乳液分离性能

复合膜对多种O/W和W/O乳液均展现出高效的分离能力。对于O/W环己烷乳液，初始通量达5100 L m⁻2 h⁻1，连续运行30次循环后仍保持在4300  L m⁻2 h⁻1，表现出良好的循环稳定性和抗污染性能。针对W/O型乳液，在加热至55 ℃（高于LCST）后膜表面转为疏水/亲油状态，在重力驱动下，二氯甲烷（DCM）包水乳液经分离后得到澄清的油相，光学显微镜观察确认滤液无水相残留。复合膜对DCM包水乳液的初始通量为1600  L m⁻2 h⁻1，30次循环后通量稳定在1400  L m⁻2 h⁻1，进一步证实复合膜在高温状态下仍具有优异的循环稳定性与分离效率。

图5 复合膜的光电性能和光催化降解性能测试

在光电性能测试中，PNI-ZnO/CFM-2的荧光发射强度显著低于未接枝样品，表明其光生载流子的复合得到有效抑制。这主要归因于PNIPAm对ZnO表面的钝化作用，减少了由表面缺陷引起的载流子捕获与复合。电化学阻抗谱（EIS）显示PNI-ZnO/CFM-2具有最小的电荷转移电阻，说明其界面电子传输效率最高。这表明PNIPAm的引入不仅未阻碍光生电荷的产生，反而促进了电子-空穴对的高效分离与迁移。得益于这一优异的光电性能，该材料在光催化降解亚甲基蓝（MB）实验中表现出优异的催化性能。该研究为开发智能响应、多功能集成的膜分离材料提供了新思路。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.172906

人物简介：

王鲁香，新疆大学化学学院研究员，博士生导师，主要从事煤基碳材料及其复合材料的制备、改性和应用等方面的研究工作，先后主持国家重点研发计划课题、国家自然科学基金、新疆维吾尔自治区重点研发计划等省部级科研项目20余项。2013年入选自治区青年科技创新人才培养工程，2014年入选中国科学院“西部之光”人才培养计划，2016年入选国家“万人计划”科技创新领军人才后备人选，2021年获自治区杰出青年科学基金资助，2023年入选“天山英才”青年科技创新人才培养计划。先后在Advanced Functional Materials, Advanced Composites and Hybrid Materials, Applied Catalysis B: Environment and Energy等重要期刊上发表SCI论文100余篇，获国家发明专利7件，相关研究成果获2013年、2017年新疆维吾尔自治区科技进步一等奖，2020年新疆维吾尔自治区自然科学一等奖。

徐梦姣，新疆大学化学学院教授，博士生导师，主要从事煤基碳材料、光催化材料的设计、制备及机理等方面的研究工作，先后主持国家自然科学基金、新疆维吾尔自治区自然科学基金、新疆维吾尔自治区天池博士计划等省部级科研项目8项，在Chem. Eng. J., Sep. Purif. Technol., Inorg. Chem.‌, Opt. Laser. Technol., Colloids Surfaces A., J. Environ. Chem. Eng., Langmuir., Carbon等重要学术期刊上发表SCI论文30余篇，获国家发明专利1件，相关研究成果曾获2016年第十四届新疆维吾尔自治区自然科学优秀学术论文二等奖。