含油废水处理需要高效的分离材料，超疏水材料因其亲油疏水特性和环境友好性而备受关注，其性能关键在于材料表面稳定微纳结构的成功构建。本研究创新性地采用电沉积-化学修饰协同工艺，在304不锈钢网上构建了ZnO纳米颗粒增强的Zn/Ni合金多级微纳复合涂层（PZZNM）。基于Cassie-Baxter理论优化表面能，该涂层展现出164°的超高水接触角和接近0°的油接触角，表现出优异的超疏水-超亲油特性。油水分离测试显示其分离效率达97.3%，通量高达6413 L/m2·h。研究表明，ZnO纳米颗粒通过双重机制提升性能：一方面增加表面粗糙度增强疏水性，另一方面利用其化学惰性提高耐腐蚀性。特别值得注意的是，该材料在极端酸碱环境和机械磨损条件下仍保持稳定的疏水性能和分离效率，为复杂油污水处理提供可靠解决方案。
图1 PZZNM不锈钢网的制备过程和油水分离机理
PZZNM在力学表现出卓越的抗腐蚀能力和环境适应性。材料在多次机械损伤后仍能保持超疏水性，水接触角高达153.8°以上。在强酸、强碱和3.5% NaCl溶液环境中浸泡24小时后，水接触角始终维持在158.5°至160.3°之间，展现出优异的化学稳定性。电化学测试进一步证实，PZZNM的腐蚀防护效率高达99.8%，能够有效抵御海洋环境中的腐蚀。独特的微纳米结构和低表面能改性不仅赋予材料出色的自清洁功能，还使其在高温和复杂化学条件下保持长效耐用性，从而为PZZNM在复杂油污水环境中的应用提供了可能性。
图2 PZZNM不锈钢网的力学和耐用性研究
在油水分离过程中，跨膜传质系数与有机液体的粘度和分离膜本身的性质有关。具有较低粘度的有机液体表现出较高的跨膜传质系数，从而产生更大的油通量。实验数据显示，PZZNM对氯仿和正己烷等有机溶剂的分离效率高达97.3%，分离通量达到6413 L/m2·h，即使在黏度较高的泵油分离中，通量仍能保持在2153 L/m2·h。其独特的微纳米结构和低表面能改性使水相被完全阻隔，而油相则能快速渗透，实现选择性分离。此外，PZZNM在连续10次循环使用后仍保持稳定的分离性能，分离效率超过95%，展现出优异的可重复使用性。即使在强酸、强碱等恶劣环境中浸泡24小时后，其分离效率和通量仍接近初始水平，为工业废水处理和海洋溢油应急响应提供了高效、耐用的解决方案。
图3 PZZNM不锈钢网的油水分离研究
综上所述，ZnO纳米颗粒的引入和调节沉积参数有效调控了Zn/Ni合金的晶体取向生长，这种晶面选择性生长机制与六方Zn片结构的取向调控相结合，成功构建了具有分级微纳米结构的PZZNM不锈钢滤网。材料表现出卓越的机械稳定性和环境耐久性，能够高效分离水-重油混合物、轻油-水混合物。该研究通过精确控制晶体生长取向和界面工程策略，为开发兼具高机械强度和优异环境适应性的油水分离材料提供了新思路。
论文以“ZnO nanoparticle-enhanced Zn/Ni superhydrophobic stainless steel mesh: Microstructural control for high-efficiency oil-water separation”为题发表在工程技术类SCI期刊Journal of Environmental Chemical Engineering（Impact Factor：7.2）。2024级硕士生向欢与2021级硕士生张文欣为论文共同第一作者，重庆三峡学院胡传波副教授、李廷真教授和香港浸会大学任康宁教授为论文共同指导教师。本研究获得国家自然科学基金（51773173、81973288）、重庆市自然科学基金（cstc2021jcyj-msxmX1139、CSTB2024NSCQ-MSX1013）、重庆市教委科学技术研究项目（KJZDK202304502, KJZD-M202301201）及材料腐蚀与防护四川省重点实验室开放基金（2024CL05）的资助。
论文连接：https://doi.org/10.1016/j.jece.2025.117595
