海洋溢油及工业含油废水频发导致严重的环境污染与生态危机。传统油水分离方法在处理大规模油污染时，往往难以兼顾高分离效率与材料可循环性。针对这一系列问题，本研究开发了一种新型超疏水/亲油复合陶瓷颗粒滤料（OFMSPsC）。该材料通过化学接枝法将介孔二氧化硅与磁性Fe3O4纳米粒子复合，并经十八烷基三甲氧基硅烷（OTMS）表面修饰，兼具优异的疏水稳定性（接触角156.6°）和磁响应性（饱和磁化强度1.173 emu/g）。实验表明，该材料在极端酸碱环境、超声处理和机械磨损条件下均保持稳定性能，油水分离效率超过93%，且可通过外磁场实现快速回收和重复使用。这一创新材料为环境修复和工业油污处理提供了高效解决方案。
图1 (a) OFMSPsC制备过程示意图；(b) OFMSPsC合成路线图
对材料进行了一系列力学和耐用性测试，OFMSPsC陶瓷滤料展现出卓越的长效耐久性。在振动磨损测试中，经过375次剧烈振荡后仍保持优异的拒水性能，证实其微观结构具有出色的机械应力耐受性。超声耐久性测试（40 kHz, 150 W）表明，材料在120分钟处理后仍维持超疏水特性，这得益于OTMS分子链与陶瓷基底形成的稳定化学键合网络。同时，材料表现出优异的耐腐蚀性能，归功于致密疏水烷基链对腐蚀介质的有效阻隔作用。热重分析（TGA）显示材料在200 ℃以下热稳定性良好，高温循环测试中200 ℃处理后WCA仍保持在155°以上。综合而言，OFMSPsC通过化学键合增强的界面稳定性与多级粗糙结构的协同作用，实现了在复杂环境中的长效服役性能。
图2 OFMSPsC的力学和耐用性研究
新型OFMSPsC陶瓷滤料通过负载Fe3O4磁性纳米颗粒，展现出优异的磁响应性能，在外加磁场作用下，仅需10秒即可完成高效油污吸附与快速回收。这种卓越的吸油性能源于介孔结构与超疏水表面的协同效应——相互连通的孔道网络既增大了比表面积，又为油分子提供了快速传输路径。对于轻质油，OFMSPsC通过表面特性在油水界面快速铺展并吸附油相，在磁场引导下完成油-水-材料三相分离；对于重质油，功能化表面增强了油-颗粒界面亲和力，介孔结构则提供充足吸附位点，最终实现重油层的完全剥离。这些结果表明，OFMSPsC通过磁响应回收、介孔结构和超疏水特性的三重协同作用，可为复杂油水体系分离提供高效普适的解决方案。油水分离实验数据显示，该材料对多种油类污染物均具有93%以上的分离效率，其中石油醚-水体系的分离效率高达96.4%。特别值得关注的是，OFMSPsC在处理高粘度食用油时仍能保持0.8 kL/m2·h的稳定通量。经过10次循环使用后，分离效率仍维持在85%以上，且通量稳定在4.9 kL/m2·h，展现出优异的循环稳定性。
图3 OFMSPsC陶瓷滤料的磁回收研究
综上所述，本研究创新性地采用化学接枝法制备出超疏水/亲油复合陶瓷颗粒滤料（OFMSPsC），通过将介孔二氧化硅与磁性Fe3O4纳米粒子复合，并引入十八烷基三甲氧基硅烷（OTMS）表面修饰，成功开发出具有优异性能的新型分离材料。该材料展现出突出的机械稳定性和环境耐久性，对复杂油水体系（包括轻油-水-重油混合物、轻油-水混合物和水-重油混合物）均表现出卓越的分离能力与循环稳定性，且可通过外加磁场实现快速回收。这一研究成果为开发高效、稳定、可循环利用的新型油水分离材料提供了解决方案，在工业废水处理和海洋环境保护等领域具有重要的应用价值。
论文以“Superhydrophobic Granular Filter Media Modified with Mesoporous Nanoparticles for Magnetically Guided Oil Cleanup”为题发表在材料科学类SCI期刊Journal of Materials Chemistry A（Impact Factor：9.5）。2022级硕士生张欣与2024级硕士生向欢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（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/10.1039/D5TA02783G
