《Separation and Purification Technology》：Zwitterion-functionalized antifouling superwetting membranes for oil–water separation: a review
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油污废水处理面临传统方法效率低、能耗大等问题，超湿材料膜分离技术具有优势但易污堵。本文系统综述了正电荷两性离子化改性超湿材料膜，通过强亲水作用、静电排斥、空间位阻和抗电解质效应提升抗污性，分析了不同两性离子化方法（磺基甜菜碱、羧基甜菜碱、膦酸胆碱等）的制备与性能，并探讨未来研究方向。
刘恒昌|张婷|储宗林
南昌师范学院化学与食品科学学院，中国南昌330032
摘要
含油废水对人类生活、自然环境和经济生产力构成了重大威胁和影响。基于超润湿材料的膜分离技术有望在处理含油废水方面发挥诸多优势。然而，膜污染仍然是超润湿膜在油水分离领域面临的一个严重问题。因此，迫切需要开发具有更强抗污染性能的超润湿膜。研究表明，两性离子化处理能够显著提高超润湿膜对含油废水的抗污染能力。本文系统综述了具有两性离子功能的油水分离膜，重点探讨了两性离子化在提升膜抗污染性能中的作用。首先简要介绍了这类膜的处理机制，随后总结了其抗污染机制，并全面分析了不同类型的两性离子化方法（包括磺基甜菜碱衍生物、羧基甜菜碱衍生物、磷酸胆碱衍生物、甜菜碱类似物衍生物、三甲胺N-氧化物（TMAO）衍生物及混合电荷衍生物）的制备方法和性能。最后指出了当前研究的主要挑战及未来发展方向。
引言
随着工业文明的快速发展，石油化工、冶金、煤化工、制药和食品加工行业的繁荣，越来越多的含油废水被排放到环境中[1]、[2]。此外，生活污水以及海洋开采和运输过程中的石油泄漏也导致了含油废水的产生[3]、[4]。含油废水不仅加剧了水资源短缺问题，还对生态环境和人类健康构成严重威胁[5]。然而，人类社会的进步离不开工业发展和日常活动。因此，油水混合物（包括分层油水混合物和乳化油水混合物）的处理显得至关重要，并受到了广泛关注[6]、[7]。
目前，已经开发出多种油水处理技术，如原位燃烧、重力沉降、离心分离、絮凝、混凝、吸附、撇油、化学分散、电浮选和生物法等[8]。但这些传统方法通常存在占地面积大、处理效果不佳、能耗高、重复性差和二次污染等问题[9]，无法满足节能减排的要求。相比之下，膜分离技术具有操作简便、占用空间小、能耗低和环保等优点[10]、[11]，在油水分离领域取得了显著进展[12]，被视为处理含油废水最有效的方法之一[13]、[14]。
近年来，超润湿材料在油水分离领域受到了广泛关注[15]、[16]，膜分离技术也与超润湿材料结合用于含油废水处理[17]、[18]。然而，在长期油水分离过程中，超润湿膜容易发生污染，导致其渗透性和使用寿命下降[19]，因此亟需开发具有更强抗污染性能的超润湿膜[21]。提高材料的亲水性是提升膜抗污染性能的基本策略[22]。由于两性离子具有极强的水合能力[23]，两性离子化（即两性离子功能化）被广泛应用于提高材料的抗污染性能[24]。本文全面综述了具有两性离子功能的超润湿膜在油水分离中的应用。首先介绍了这类膜的处理机制，然后详细讨论了其抗污染机制，并探讨了其制备方法和性能。
两性离子功能化超润湿膜处理含油废水的分离机制
由于油水分离高度依赖于材料表面的润湿性，因此首先需要介绍润湿性相关理论。润湿性是指液体在固体表面扩散的能力或倾向。早在1805年，润湿性研究的先驱托马斯·杨就首次描述了接触角（CA），它表示液体在理想平坦固体表面上的扩散能力[25]。在杨的模型中（图1a），水的接触角...
两性离子功能化超润湿膜的抗污染机制
两性离子功能化超润湿膜的主要抗污染机制包括四种效应：空间排斥效应[32]、强水合效应[33]、抗聚电解质效应[34]和静电排斥效应[35]。
对于两性离子改性的膜，膜表面的两性离子聚合物链在水下具有良好的伸展性。当污染物吸附在两性离子改性膜表面时...
两性离子功能化超润湿膜在油水分离中的制备方法和性能
根据两性离子的形式，已开发出片段衍生、聚合物衍生和凝胶衍生的两性离子化方法。片段衍生两性离子化的抗污染性能源于两性离子的强水合效应和静电排斥效应。通过接枝两性离子聚合物，可以进一步增加两性离子的浓度。
讨论
本文综述了两性离子功能化超润湿膜在油水分离领域的最新进展，深入探讨了不同类型两性离子的改性方法，并总结了其性能。研究表明，这类膜具有优异的抗污染性能。
结论与展望
总体而言，具有两性离子功能的超润湿膜在大规模实际应用中的发展前景在于通过便捷、低成本和环保的制备方法提升其性能，尤其是抗污染能力。借助计算化学、机器学习和人工智能技术，以及“主动抗污染”策略，有望实现超高效的两性离子功能化油水分离。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。
致谢
本工作得到了国家自然科学基金（项目编号22172046）和湖南省自然科学基金（项目编号2025JJ60085）的支持。
