近日，海洋化学理论与工程技术教育部重点实验室/化学化工学院李一鸣教授团队在油水分离技术研究领域取得重要进展，相关研究成果 “Synchronous and parallel separation of opposing emulsions enabled by a heterowettability membrane”发表在国际顶级期刊Nature Water上。
图1 异质润湿膜的制备与乳液同步平行分离示意图
油水乳液广泛存在于石油化工、海洋溢油、食品和工业废水等场景，其高效分离一直是水处理领域的重要问题。传统膜分离通常依赖孔径筛分和界面润湿作用：处理水包油（O/W）乳液时往往使用亲水膜，处理油包水（W/O）乳液时则需要疏水膜。这种“串行模式”通常只能针对一种乳液、获得一种主要纯化相。当进料组成发生变化，甚至同时存在O/W与W/O相反类型乳液时，就需要预先识别体系、切换膜材料或增加多级处理单元，不仅流程复杂，也带来更高的能耗和维护成本。因此，能否让一套膜装置在不切换运行模式的情况下，同时处理两种类型完全相反的乳液，成为进一步提升油水分离集成化程度的关键挑战。
图2 异质润湿和剪切作用协同诱导的乳液破乳分离性能与机制
本研究打破了常规，通过亲/疏水异质润湿膜与双向渐变流道膜池搭配，实现了对多相含油污水的同步破乳分离，突破了传统油水分离膜的单一分离模式，建立了新型润湿拓扑匹配机制，为高效油水分离膜的设计提供了一种有效的新策略，并基于CFD模拟揭示了渐变流道内的力学作用过程。该机理的两相分离效率超过99%，且其抗污染性能和长期稳定性得到了显著增强。这项研究从膜材料、流道结构和界面输运机制三个层面重新设计了乳液分离过程，建立了“剪切诱导破乳—润湿选择输运—Laplace界面锚定”的完整机制，使O/W和W/O乳液能够在单一装置中进行连续、同步和并行处理。这项工作为不同类型乳液的同步分离与并行处理建立了一种新范式。这种从“串行过滤”走向“并行分离”的思路，有望为含油废水处理、油品回收以及复杂多相体系资源化提供新的技术路径。
中国海洋大学海洋化学理论与工程技术教育部重点实验室为该研究成果的第一完成单位，文章第一作者为我校2023级海洋化学工程与技术专业博士生张文军，李一鸣教授为通讯作者。该研究工作联合了山东大学和上海理工大学共同完成，并得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目经费的大力支持。
文章链接：https://doi.org/10.1038/s44221-026-00703-z
图文作者：张文军
