在中國(guó)科學(xué)院、國(guó)家自然科學(xué)基金委的大力支持下，中科院化學(xué)所有機(jī)固體院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的研究人員與清華大學(xué)、北京大學(xué)合作，在連續(xù)高效油水分離方面又取得新突破。該結(jié)果最近以全文的形式發(fā)表在《自然通訊》 (Nat.Commun.4:2276 doi:10.1038/ncomms3276 (2013)) 上，結(jié)果一經(jīng)發(fā)表，就被Science、BBC、新華社、光明日?qǐng)?bào)等媒體報(bào)道。

　 環(huán)境保護(hù)和石油工業(yè)領(lǐng)域需要先進(jìn)的油水分離技術(shù)，例如貧油油田的石油開采、石油開采中的三次采油、石油泄漏事故的處理、含油工業(yè)廢水的凈化，近年來頻發(fā)的事故和工業(yè)的發(fā)展使得這一需求更加迫切。在實(shí)際應(yīng)用中，油水混合物中的油相經(jīng)常會(huì)以微小油滴(10微米以下)的形式存在，而傳統(tǒng)的油水分離技術(shù)難以對(duì)其進(jìn)行連續(xù)、高效的分離：例如工業(yè)上應(yīng)用的吸附劑法等，吸附之后的脫附較難實(shí)現(xiàn)，難以循環(huán)使用，也難以對(duì)吸附的油進(jìn)行再次利用，而額外物質(zhì)的添加也有可能引入新的污染。

　　研究人員通過對(duì)自然中生物特性的研究，發(fā)現(xiàn)仙人掌刺在霧氣流中可以連續(xù)的集水，刺表面收集的水滴可以被其表面的結(jié)構(gòu)自驅(qū)動(dòng)向刺的根部。受此啟發(fā)，霧氣中的水滴和油水混合物中的油滴是相似的，如果模擬仙人掌刺的結(jié)構(gòu)，將有可能在油水分離上實(shí)現(xiàn)“邊收集邊驅(qū)動(dòng)”這一智能循環(huán)模式。于是，研究人員用具有水下親油性質(zhì)的材料制備了錐形的針尖，并模擬仙人掌刺來構(gòu)筑其表面的微米-納米復(fù)合粗糙結(jié)構(gòu)。將其放入含有微小油滴的油水混合物液流中并觀察。由于材料本身的疏水親油性質(zhì)，油水混合物在流經(jīng)錐形針尖時(shí)，混合物中的微小油滴會(huì)被吸附到針尖上，慢慢形成較大的油滴；錐形針尖表面的油滴由于曲率不同，會(huì)受到拉普拉斯壓差的作用，即受到一個(gè)指向錐形根部的驅(qū)動(dòng)力，當(dāng)針尖收集的油滴越長(zhǎng)越大，這個(gè)驅(qū)動(dòng)力會(huì)自發(fā)地將油滴驅(qū)動(dòng)至錐形根部?jī)?chǔ)存。這個(gè)油滴被驅(qū)動(dòng)走后，露出的針尖表面又會(huì)開始下一個(gè)集油的循環(huán)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)的油水分離(見圖1)。這種“邊收集邊驅(qū)動(dòng)”的分離技術(shù)是一種智能的新型油水分離模式，將有這種功能的針尖做成大面積的陣列(見圖2)，就實(shí)現(xiàn)了連續(xù)高效的油水分離，分離的效率可達(dá)99%以上，而且這種技術(shù)的高通量、環(huán)境友好、耐腐蝕等特性，也是傳統(tǒng)分離方法所難以實(shí)現(xiàn)的。這一研究為新型油水分離方法的設(shè)計(jì)提供了新的思路，對(duì)世界范圍內(nèi)環(huán)境、石油工業(yè)的發(fā)展有重要意義。