综述：用于油水分离的吸附和过滤材料的进展：综述

《Separation and Purification Technology》：Advances in sorption and filtration materials for oil-water separation: A review

本文系统综述了油水分离材料的最新进展，重点考察吸附与过滤策略。新型吸附材料（如石墨烯衍生泡沫、响应性多孔材料）及创新过滤器（亲/疏水改性材料）在提升吸附容量、分离效率及材料可重复利用性方面取得显著进展，并分析了当前挑战与未来研究方向。

　　

侯世宇|黄正洪|丰田雅弘|康飞宇|杨颖|稻垣道夫

中国矿业大学（北京）化学与环境工程学院，北京 100083，中国

摘要

全球快速的工业化和经济增长加剧了水污染危机，其中含油废水问题尤为严重——这类废水来源多样、对生态环境影响巨大且处理难度高，亟需有效的治理和资源回收方案。作为废水处理的关键步骤，油水分离技术的研究正朝着高效、经济可行的方向发展。本文系统综述了近期在油水分离材料方面的进展，重点探讨了吸附和过滤技术。主要进展包括新型吸附剂（如石墨/石墨烯基泡沫、有机泡沫、生物质基泡沫以及电/光热响应多孔材料）和创新过滤器（如亲水或疏水过滤器、可调节疏水性-亲水性的材料）。文章对提高油吸附能力、分离效率、选择性和材料可重复利用性方面的成果进行了深入评估，并分析了当前面临的挑战及未来研究方向，以推动油水分离技术的持续创新。

引言

人口快速增长以及工业和农业活动的快速发展导致了严重的环境污染，产生了大量金属离子和有机污染物，对人类、大气环境、海洋动植物等构成了严重威胁[1][2][3][4]。全球范围内频繁发生原油泄漏事件，许多工业生产过程中也会产生含油废水[5][6][7][8]。一旦发生泄漏，必须迅速将油从水中分离出来，因为油会迅速乳化并扩散[9][10][11][12]。为此，人们开发了多种吸附材料（包括泡沫和气凝胶）来去除各种污染物（包括油脂）[13][14][15][16][17][18]。此外，为了保护未来的“低碳社会”所需的自然资源，回收油脂（尤其是重油）变得尤为重要。本文综述了油水分离的方法及其相关材料与性能（见图1）。这些方法可分为两类：1）通过物理吸附将油从水中分离出来并回收（称为吸附过程）；2）通过过滤将油和/或水从材料中分离出来（称为过滤过程）。

商业泡沫及其改性材料

泡沫是一种具有三维多孔结构的聚合物，由生物质、聚合物、碳等材料制成，具有低密度、高孔隙率、良好的柔韧性和高吸附性能。此外，泡沫的制备工艺相对简单，原材料成本较低，便于工厂大规模生产。然而，大多数泡沫既能吸附水也能吸附油，因此不能直接用于油水分离。因此，需要对这些泡沫进行适当改性才能实现分离效果。

过滤

在油水分离过程中，需要考虑两种情况：水乳液（富水混合物）中的油分离和油乳液（富油混合物）中的水分离。相应地，前者需要亲水表面，后者需要疏水表面。

纯水通量可通过以下公式计算：

其中 J_w 表示渗透通过的液体体积。

水面浮油和油水乳液的分离要求

浮油主要积聚在水面上，因此需要高效回收以减少资源浪费和环境污染。油水乳液具有较高的稳定性，若不加以处理会导致水污染，因此必须同时回收油和水。超疏水多孔吸附材料凭借其三维孔结构和强大的油吸附能力，非常适合处理水面浮油。未来的研究应重点关注这一领域。

作者贡献声明

侯世宇：撰写初稿、方法设计、资金申请、概念构思。黄正洪：审稿与编辑、数据验证、方法设计。丰田雅弘：数据验证、方法设计。康飞宇：数据验证、指导工作。杨颖：指导工作、数据验证。稻垣道夫：审稿与编辑、数据验证、指导工作。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究的财务利益冲突或个人关系。

致谢

感谢国家自然科学基金（项目编号52502047）、国家重点研发计划（2021YFC2902904）、中央高校基本科研业务费（2025ZKPYHH02）以及国家自然科学基金原创性探索项目（项目编号52450072）的支持。