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02
2026
-
09
Nat. Water: 从“串联过滤”走向“同步并行”，异质润湿膜实现油包水/水包油乳液一体化分离
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背景
含油废水中的乳化油水体系广泛存在于石油化工、机械加工和资源回收等工业过程，但乳液类型复杂且可能随工况不断变化。传统膜分离主要依靠孔径筛分和润湿性诱导的界面破乳：超亲水膜通常用于处理水包油（O/W）乳液，超疏水膜则用于油包水（W/O）乳液，因此本质上属于“一种膜对应一种乳液”的串联、单功能处理模式。面对同时存在O/W和W/O乳液甚至多相共存的复杂体系，往往需要预先识别乳液类型、切换膜材料或配置多级处理单元，增加了流程复杂度和运行成本。刺激响应膜和Janus膜虽然提高了体系适应性，但通常仍依赖润湿性切换、特定进料方向或传统单向过滤机制。因此，如何在同一个装置中、不切换运行模式地同步处理润湿性质相反的两类乳液，是复杂油水分离进一步走向过程集成的重要挑战。
创新
近日，中国海洋大学李一鸣教授团队联合山东大学王志宁教授提出了“同步并行双乳液分离（SPDES）”新模式，将具有空间分布亲水/疏水区域的异质润湿膜与双向梯度收缩流道结合，在一个膜单元内建立“剪切–润湿协同”机制。与单纯依赖膜表面润湿性截留液滴不同，梯度流道首先构建非均匀剪切场，使稳定的乳液液滴逐渐失稳、碰撞和聚并，在膜界面促进破乳；随后，膜表面空间图案化的亲水和疏水区域分别为水相和油相提供选择性传输路径，引导破乳后的分散相向相反方向跨膜迁移。由此，剪切力负责“破乳”，异质润湿性负责“分流”，将原本需要分别处理的O/W和W/O乳液整合到同一装置中，实现连续、同步且彼此独立的油水分离。该机制不仅对模型乳液有效，而且能够直接处理对立乳液和多相共存体系，无需预处理或运行模式切换，油水两相分离效率可超过99%，部分测试达到99.9%以上。
意义
这项工作的核心突破并不只是设计了一张具有亲水/疏水图案的膜，而是将油水分离从传统的“膜材料选择性过滤”提升为“膜–流道–流场协同的过程架构设计”。传统方法通常思考“应该选择亲水膜还是疏水膜”，而SPDES通过空间异质润湿性和双向流场，将相反的界面选择性集成在同一系统中，使两类乳液从过去的顺序处理转变为同步破乳、定向传输和平行回收。与此同时，非均匀剪切促进界面破乳，减少液滴持续覆盖膜表面，而膜孔产生的Laplace锚定效应又有助于维持稳定的两相界面隔离，从而兼顾抗污染和长期运行稳定性。因此，该研究更重要的启示是：面对复杂多相分离，仅优化膜孔径或表面润湿性可能并不足够，未来可以通过材料界面性质与流体动力学的协同设计重新定义整个分离过程，为成分波动的工业含油废水以及其他复杂多相体系的连续、集成化处理提供新的技术范式。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/J9kKzjnqcjZwcO3SWb-t2Q
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