原油和有机试剂的泄露会对生态环境造成污染，影响当地的经济发展。目前，已经成为全球亟待解决的问题。受大自然的启发，科学家研发了具有疏水功能的油水分离材料。其中，疏水聚合物多孔材料由于其低密度、高孔隙率和低成本等特点已成为油水分离材料的最佳选择之一。
图一 水辅助热致相分离法来制备疏水性聚合物多孔材料思路
针对此问题，中心团队基于热致相分离法提出了一种简单的水辅助热致相分离法来制备疏水性聚合物多孔材料，并将其应用在油水分离中（图一）。例如，通过该方法制备的聚氨酯泡沫具有较低的密度（13 mg/cm3）和较高孔隙率（91%）。而其水接触角可达147°。另外，由于热塑性聚氨酯泡沫具有良好的可压缩性，在经过1000次连续快速大应变压缩之后，其仍保持可压缩性。因此，该泡沫可以通过压缩方法回收吸收的油污。此外，该泡沫也可作为泵吸材料，在经过10个泵吸循环之后，其效率仍然接近100%（图二）。
图二 水辅助热致相分离制备的聚氨酯泡沫及其相关性能
另外，我们也通过水辅助热致相分离法制备了聚合物微球，并研究了不同去离子水添加量对微球形貌的影响。研究表明，随着水含量的增加，聚合物泡沫转变为光滑的实心微球，最后为纳米多孔微球。另外，我们发现多孔微球的溶液可用于无纺布的改性。改性后无纺布显示出超疏水性，水接触角为153°，并且具有很高的油水分离效率（图三）。
图三 水辅助热致相分离制备的聚氨酯微球及其相关性能
然而，聚合物回收是目前面临的难题。聚乳酸作为一种植物来源的高分子，其具有良好的生物降解性。因此，我们选择聚乳酸通过水辅助热致相分离法也制备了聚乳酸泡沫。该泡沫水接触角可达151°，表现出超疏水性能。聚乳酸泡沫同样具有较大的吸附量，并且可以通过离心的法将吸附的油回收，实现重复利用，经过10个吸油循环或泵吸之后，同样保持较大吸附量或高的吸附效率（图四）。
图四 水辅助热致相分离法制备的超疏水性聚乳酸泡沫及相关性能
此外，我们也制备出了不同形状的聚乳酸多孔膜。这种膜具有蜂窝状结构的微观结构，并且仍然具有超疏水的特性，接触角可达158°，并且具有超亲油性（油接触角为0°）。该多孔膜可以用作效率极高的过滤膜，利用重力分离油和水，其通量可达50.9 m3m-2h-1，具有较高的油水分离效率（图五）。
图五 水辅助热致相分离法制备的聚乳酸多孔膜形貌
以上工作主要有中心硕士研究生王晓龙和袁焕两位同学完成，相关工作正在整理或发表在ACS Applied Material & Interface, Macromolecular Rapid Communication和Chinese Chemical Letters上，刘春太教授和刘宪虎副教授为论文通讯作者。另外，中心在其他方法制备油水分离材料方面也取得了进展。
论文信息：
[1]. X. Wang, Y. Pan*, H. Yuan, M. Su, C. Shao, C. Liu, Z. Guo, C. Shen, X. Liu*, Simple fabrication of superhydrophobic PLA with honeycomb-like structures for high-efficiency oil-water separation, Chinese Chemical Letters, 2012, 31, 365. https://doi.org/10.1016/j.cclet.2019.07.044.
[2]. X. Wang#, Y. Pan#, X. Liu*, H. Liu, N. Li, C. Liu, D.W. Schubert, C. Shen, Facile Fabrication of Superhydrophobic and Eco-Friendly Polylactic Acid Foam for Oil-Water Separation via Skin-Peeling, ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11, 14362-14367. https://doi.org/10.1021/acsami.9b02285.
[3]. X. Wang#, Y. Pan#, C. Shen, C. Liu*, X. Liu*, Facile Thermally Impacted Water-induced Phase Separation Approach for the Fabrication of Skin-free Thermoplastic Polyurethane Foam and Its Recyclable Counterpart for Oil-water Separation, Macromolecular Rapid Communications 2018, 39, 1800635. https://doi.org/10.1002/marc.201800635.
其他方面油水分离论文：
[4]. X. Zhang, Y. Pan, Q. Gao, J. Zhao, Y. Wang*, C. Liu, C. Shen, X. Liu*, Facile fabrication of durable superhydrophobic mesh via candle soot for oil-water separation, Progress in Organic Coatings, 2019, 136, 105253. https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.
[5]. X. Zhang#, Y. Pan#, J. Zhao, X. Hao, Y. Wang*, D.W. Schubert, C. Liu, C. Shen, X. Liu*, Facile Construction of Copper Mesh Surface from Superhydrophilic to Superhydrophobic for Various Oil-Water Separations, Engineered Science, 2019, 7, 65-71. http://espub.pc.evyundata.cn/espub/vip_doc/14745334.html.
[6]. X. Zhang, X. Wang, X. Liu*, C. Lv, Y. Wang, G. Zheng, H. Liu, C. Liu, Z. Guo, and C. Shen, Porous Polyethylene Bundles with Enhanced Hydrophobicity and Pumping Oil-recovery Ability via Skin-peeling, ACS Sustainable Chem. Eng.,2018, 6(10), 12580. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssuschemeng.8b03305.
[7]. S. Sun, L. Zhu, X. Liu*, L. Wu, K.Dai, C. Liu, C. Shen, X. Guo, Gu. Zheng*, Z. Guo*, Superhydrophobic Shish-kebab Membrane with Self-cleaning and Oil/Water Separation Properties, ACS Sustainable Chem. Eng., 2018, 6, 9866-9875. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssuschemeng.8b01047.
[8]. Y. Wang, X. Liu*, M. Lian, G. Zheng*, K. Dai, Z. Guo, C. Liu*, C. Shen, Continuous fabrication of polyner microfiber bundles with interconnected microchannels for oil/water separation, Applied Materials Today 2017, 9, 77-81. https://doi.org/10.1016/j.apmt.2017.05.007.
