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  在過去的幾十年里，工業(yè)的快速發(fā)展伴隨著人類文明的不斷進(jìn)步，推動了社會經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的深刻變革。然而，對石油資源的嚴(yán)重依賴以及生活污水、含油工業(yè)廢水和海上原油泄漏的排放日益嚴(yán)重，對陸地與海洋生態(tài)環(huán)境造成了實質(zhì)性破壞，威脅了生物多樣性并影響了人類健康。三維多孔吸附材料因其優(yōu)越的油水選擇性和高的吸附和保留能力而在油水分離領(lǐng)域引起了極大的興趣。但是高粘度原油在常溫下流動性差，傳統(tǒng)的超疏水海綿在處理高粘度原油時吸附效率受限，因此制備具有環(huán)�？沙掷m(xù)發(fā)展特性的光熱超疏水海綿具有重要的現(xiàn)實意義。

  近期，湖北大學(xué)張玉紅教授課題組使用月桂酸（LA）對制備的金屬有機框架材料（MOF，UiO-66-NH?）進(jìn)行疏水改性，并在三聚氰胺海綿（MS）表面依次沉積聚多巴胺（PDA）和LA-MOF納米顆粒，最終構(gòu)建出具有多功能性的LA-MOF@PDA@MS復(fù)合材料。該海綿具有超疏水性，其水的接觸角為155.5°，并展現(xiàn)出優(yōu)異的自清潔能力，能有效防止污染物附著；在酸性、堿性環(huán)境和海水溶液中連續(xù)浸泡24小時后，仍能保持較好的疏水性能；壓縮試驗進(jìn)一步證明了LA-MOF@PDA@MS具備良好的機械穩(wěn)定性，有助于其在多次吸附-脫附循環(huán)中的重復(fù)使用，提升了材料的實用經(jīng)濟性。此外，LA-MOF@PDA@MS表現(xiàn)出較強的親脂性，對柴油、汽油、有機溶劑等多種油類及化學(xué)品有較高的吸收能力，吸附量可達(dá)海綿自身質(zhì)量的28.60至56.83倍。由于表面附著了具有光吸收特性的PDA層，使得海綿具備顯著的光熱效應(yīng)，在模擬1個太陽光照強度下，普通三聚氰胺海綿的最高表面溫度僅為31.6 ℃，而LA-MOF@PDA@MS對光照射極為敏感，其表面溫度迅速升高，最高可達(dá)68.3 ℃。在經(jīng)過多次光熱循環(huán)測試后，該材料仍能保持穩(wěn)定的光熱轉(zhuǎn)換能力，說明其具有良好的耐光特性。利用LA-MOF@PDA@MS的光熱效應(yīng)，使得原油的粘度隨溫度的升高而顯著降低，可以極大提高高粘度原油的吸附與回收效率，這對應(yīng)對海洋溢油事件具有廣闊的應(yīng)用前景。復(fù)雜的海水環(huán)境中存在著細(xì)菌及微生物，容易在材料表面滋生生物膜，從而對油水分離材料的長期性能提出更高要求，LA-MOF@PDA@MS在光照條件下對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的有明顯的抗菌效果。

圖1. 反應(yīng)流程、油水分離及光陽能自熱海綿原油溢油清理示意圖

圖2. (a)MS和LA-MOF@PDA@MS的紫外-可見-近紅外吸收光譜；(b)MS和LA-MOF@PDA@MS在1 Sun和2 Sun光熱性能；(c) 1Sun下LA-MOF@PDA@MS的光熱循環(huán)；(d)MS和LA-MOF@PDA@MS在1 Sun和2 Sun照射下加熱時的熱成像

圖3. 高粘度原油在室溫(a)和加熱后(b)的狀態(tài)；氙燈照射下原油液滴在原始海綿上的滲透行為(c)，氙燈關(guān)閉(d)及照射下(e)原油液滴在LA-MOF@PDA@MS表面的滲透行為；氙燈照射下原油液滴的熱成像（f）

圖4. 黑暗及光照下大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抗菌研究

  本研究采用直接浸漬法成功制備了LA-MOF@PDA@MS超疏水海綿，方法工藝簡便，易于放大實施。該改性海綿具有優(yōu)異的綜合性能，包括突出的拒水性，良好的耐酸堿腐蝕性，明顯的自潔性和機械韌性，同時具備出色的光熱性能。其光熱特性還有助于避免在低溫環(huán)境下結(jié)冰，并減少細(xì)菌污染造成的性能損傷，從而顯著延長了其使用壽命。因此，LA-MOF@PDA@MS海綿有望成為處理海洋溢油及工業(yè)含油廢水的高效候選材料，為環(huán)境修復(fù)提供新的技術(shù)路徑。

  該研究以題為“Photothermal superhydrophobic LA-MOF@PDA@MS sponge for offshore crude oil recovery”的論文發(fā)表在《Composites Part B: Engineering》上。碩士生廉悅和王熙麟為論文共同第一作者，湖北大學(xué)張玉紅教授、陳朝霞副教授以及湖北工程學(xué)院的劉勇博士為通訊作者。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2025.113012