Separation Mechanism and Construction of Surfaces with Special Wettability for Oil/Water Separation

超亲水性 润湿 材料科学 石油污染 化学工程 石油泄漏 乳状液 多孔介质 石油工程 多孔性 工艺工程 分离(统计) 环境科学 环境工程 计算机科学 复合材料 地质学 工程类 机器学习
作者
Chaolang Chen,Ding Weng,Awais Mahmood,Shuai Chen,Jiadao Wang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:11 (11): 11006-11027 被引量:700
标识
DOI:10.1021/acsami.9b01293
摘要

Oil leakage and the discharge of oil/water mixtures by domestic and industrial consumers have caused not only severe environmental pollution and a threat to all species in the ecosystem but also a huge waste of precious resources. Therefore, the separation of oil/water mixtures, especially stable emulsion, has become an urgent global issue. Recently, materials containing a special wettability feature for oil and water have drawn immense attention because of their potential applications for oil/water separation application. In this paper, we systematically summarize the fundamental theories, separation mechanism, design strategies, and recent developments in materials with special wettability for separating stratified and emulsified oil/water mixtures. The related wetting theories that unveil the physical underlying mechanism of the oil/water separation mechanism are proposed, and the practical design criteria for oil/water separation materials are provided. Guided by the fundamental design criteria, various porous materials with special wettability characteristics, including those which are superhydrophilic/underwater superoleophobic, superhydrophobic/superoleophilic, and superhydrophilic/in-air superoleophobic, are systemically analyzed. These superwetting materials are widely employed to separate oil/water mixtures: from stratified oil/water to emulsified ones. In addition, the materials that implement the demulsification of emulsified oil/water mixtures via the ingenious design of the multiscale surface morphology and construction of special wettability are also discussed. In each section, we introduce the design ideas, base materials, preparation methods, and representative works in detail. Finally, the conclusions and challenges for the oil/water separation research field are discussed in depth.
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