一、研究背景

石油仍然是一种重要的、不可替代的能源。世界上大约三分之一的石油生产是在海洋中进行的。海上采油容易发生漏油事故。例如，2010年4月，美国墨西哥湾深水地平线钻井平台发生漏油事故。事故导致约56万吨原油泄漏入海，形成3200多平方公里的严重污染区域。这次石油泄漏被描述为“美国史无前例的环境灾难”。在运输过程中，也可能发生一些事故，例如，2018年1月，巴拿马油轮“桑奇”号在东海与中国香港籍货船“CF CRYSTAL”号相撞，导致船体起火并严重漏油，溢油面积达1616平方公里。在陆地上进行石油勘探，需要使用大量的水。这导致了大量油水混合物的形成。油/水混合物不限于采油过程；它们也存在于人们的日常生活和各种工业部门，包括冶金、纺织、印刷、印染等产生大量含油废水。

为了更高效、更经济、更环保地处理含油废水，已经出现了许多成熟的油水分离技术。这些技术的例子包括机械装置、膜分离、化学处理方法、仿生表面和电场辅助技术。机械式油水分离器和电场辅助方法耗电量大，能源浪费，操作复杂。化学处理方法对环境不友好，因为添加了各种化学物质，可能导致二次污染。这些方法已被证明在一定条件下对含油废水的处理是有效的。膜处理具有能耗低、可重复性好、处理过程无二次污染等优点。此外，它可以适用于各种环境，并且可以设计成具有其他优势。例如，Cheng通过静电纺丝法制备了聚乳酸（PLA）膜。静电纺丝聚乳酸膜可以用很少的加工步骤制备，并产生易于处理的可降解膜，减少塑料污染。

在本文中，术语“智能油/水分离膜”特指根据不同的外部刺激改变其润湿性的膜。膜可以是两亲性的，也可以是两疏性的，只要把膜弄湿就可以改变这种特性。双面膜是不对称的，两边的润湿性不同。翻转两面膜会改变穿过它的物质的类型。刺激反应膜的表面或内部都有官能团，这些官能团会发生变化，从而改变膜的物理性质。例如，Zhang等人制备了一种热驱动的乳液分离膜，在尼龙微滤膜上涂覆热响应性聚（n -异丙基丙烯酰胺）（PNIPAAm）聚合物，该膜在升高温度下表现出亲水性，在降低温度下表现出亲油性，使其能够分离不同类型的乳液。

制备膜的方法包括静电纺丝、气相沉积、模板法、溶胶-凝胶法和逐层组装。这些方法可以获得微滤膜、纳滤膜和生物活性膜。这种膜也可以被修饰，使其在不同的条件下，如pH值、光、温度和外部场，其润湿性发生改变。静电纺丝是一种制备膜的简单方法，分离效率高。静电纺丝是通用的，因为所得到的膜可以被修改以包含不同的化学和生物成分。膜的细丝的直径可以从微米到纳米不等，这个尺寸可以调整以控制某些特性，例如，超疏水性。我们在之前的工作中总结了用于油水分离的电纺丝纳米纤维和纳米膜、具有特殊润湿性的油水分离膜、无机油水分离膜和智能响应纳滤膜。本文首先介绍了静电纺丝技术及其在油水分离中的应用，并讨论了一些相关的理论公式。然后，重点介绍了非对称润湿性Janus膜、预湿膜、ph响应膜、热响应膜、双响应膜和其他刺激响应膜的智能性能，并介绍了它们的合成方法。此外，还将分析这些智能膜的油水分离性能，并探讨其在油水分离领域的潜力。最后总结了目前智能膜在油水分离中存在的问题及未来的发展趋势。

图1.各类静电纺智能油水分离膜综述。六种主要类型包括：Janus、预湿、ph响应、热响应、双响应和其他。

二、摘要

人类活动产生大量含油废水，需要对其进行处理以保护环境。膜分离方法因其高效而备受关注，但目前大多数膜分离方法只能用于油包水或油包水乳液中的一种，甚至可能针对更窄的组成范围进行优化，限制了其适用性。为了解决这一问题，人们提出了智能油水分离膜。智能膜是指在特定条件下可以改变润湿性的膜，包括Janus膜、预润湿膜和反应膜。综述了通过静电纺丝设备制备智能油水分离膜的研究进展。刺激反应膜在pH值变化、暴露于光或热或施加电场或磁场时改变其物理性质。这篇综述特别关注润湿性的变化，而不是其他性质的变化。本文详细介绍了这些膜的制备、每种膜的优缺点、理论支持以及在分离过程中使用的润湿性过渡机制。提供了用于智能膜的刺激响应材料的说明性示例。最后，总结了智能膜在油水分离领域面临的挑战和未来的机遇。

三、结论

静电纺丝智能油水分离膜的研究进展迅速。由于静电纺丝是一种快速生成多孔聚合物膜的简单方法，这些膜引起了广泛的关注。这些膜结合了静电纺丝技术和智能材料的优点，为油水分离提供了一种高效、可控的解决方案。其中，膜的润湿性变化主要通过Janus结构、预润湿、pH、热、气和光来实现。

Janus结构是实现智能油水分离膜的重要途径之一。这种结构使得膜表面在油和水的润湿性方面不对称。这种不对称使得膜的一面亲水/疏油而另一面亲水/亲油。Janus膜已被证明可以从混合物和乳液中快速分离油和水。通过精心设计和调节Janus结构，可以进一步提高油水分离的选择性和效率，未来还可以通过模拟生物结构和表面化学来提高膜的性能。

图2.(a)改性PLA Janus纤维膜的制备工艺及两种乳剂的分离示意图。(b) Janus膜的改性过程及疏油性论证。(c)多次循环后的油水乳液通量和效率。(d)膜孔径之间的毛细效应。（e-g） (e)表现出亲脂疏水性的原因。(f)制备的膜模拟的生物结构，(f)中插入的是膜的SEM图像。(g)一个从水中分离油的例子，以解释Janus膜可以分离不同乳剂的机制。(h)制备的膜所模拟的生物结构，膜的SEM图像如图(h)所示。