近年来，海洋石油泄露事故频出，对海洋生态造成严重的危害。石油泄漏是危害海洋生物安全、破坏海洋生态平衡的元凶之一，不仅污染了海洋水体，造成海洋生态系统毁灭性破坏，而且对海洋气候环境造成恶劣影响，甚至危害人类的生存环境。同时，在工业生产中，工业润滑油极易吸收空气中的水分而乳化，极大地损伤了油品质量，加速界面腐蚀和磨损，最终导致设备故障甚至影响人身安全。油水混合物对生态环境、工业生产的破坏亟需解决，如何高效分离这些油水混合物具有重要的科学和工程意义。本研究基于激光-热处理复合工艺制备了具有超疏水超亲油特性的泡沫铜表面，从而有效实现了油水分离性能。首先利用纳秒激光在泡沫铜表面上加工出多级微纳结构，随后通过低温热处理实现表面化学成分的改变。使用扫描电子显微镜、能谱仪、接触角测量仪对激光加工前后泡沫铜表面的微观形貌、化学元素组成及油水润湿性进行了表征，并利用自制油水分离检测设备对激光-热处理复合制备泡沫铜表面的油水分离效果进行了验证。结果表明，激光-热处理复合工艺制备出了兼具分层微纳米结构和低表面能的超疏水超亲油泡沫铜表面，制备的超疏水表面展现出对于油和水显著不同的接触角，从而有效实现了表面的油水分离性能。同时，本工艺方法简单，制备效率较高且不存在环境污染，可为解决油水分离问题提供一定的参考。
不同激光扫描速率下制备的泡沫铜样品的三维轮廓表征结果
不同激光功率下制备的泡沫铜表面及SEM形貌
不同工艺处理的泡沫铜表面EDS谱图
不同工艺处理下泡沫铜表面XPS能谱图
1）激光加工可以诱导泡沫铜表面微纳结构的生成，低温热处理可以促进空气中的烷基等非极性含碳疏水基团在表面沉积。通过表面结构和表面化学共同作用可以在不改变泡沫铜表面超亲油特性的情况下，实现表面从疏水到超疏水的润湿性转变。
2）激光加工功率、扫描速率和扫描间距等参数会显著影响加工表面的微纳结构，从而对表面润湿性产生影响。本工作中所获得的最优试验参数为：激光功率15 W，扫描速率200 mm/s，扫描间距0.02 mm。制备的泡沫铜表面的水滴接触角达到了(158.5±1.5)°，同时油接触角保持在0°，展现出了最佳的超疏水超亲油性能。
3）利用高效环保，简便可行的激光-热处理方法制备的超疏水超亲油泡沫铜表面在毛细力作用下，能使混合物中的油和水选择性通过，展现出了优异的油水分离性能，其分离效率可达90%以上，且在空气环境下具有优异的稳定性和耐久性，有望为油水分离及油回收等应用提供一定参考。
刘超, 余忠杰, 王泰源, 等. 激光-热处理复合工艺制备油水分离表面及性能研究[J]. 表面技术, 2024, 53(9): 216-229.
LIU Chao, YU Zhongjie, WANG Taiyuan, et al. Fabrication and Properties of Oil-water Separation Surface by Laser-heat Hybrid Treatment[J]. Surface Technology, 2024, 53(9): 216-229.
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审核|汪 潇
编辑|邓李旸
