在过去的几十年里，工业的快速发展伴随着人类文明的不断进步，推动了社会经济结构的深刻变革。然而，对石油资源的严重依赖以及生活污水、含油工业废水和海上原油泄漏的排放日益严重，对陆地与海洋生态环境造成了实质性破坏，威胁了生物多样性并影响了人类健康。三维多孔吸附材料因其优越的油水选择性和高的吸附和保留能力而在油水分离领域引起了极大的兴趣。但是高粘度原油在常温下流动性差，传统的超疏水海绵在处理高粘度原油时吸附效率受限，因此制备具有环保可持续发展特性的光热超疏水海绵具有重要的现实意义。

  近期，湖北大学张玉红教授课题组使用月桂酸（LA）对制备的金属有机框架材料（MOF，UiO-66-NH?）进行疏水改性，并在三聚氰胺海绵（MS）表面依次沉积聚多巴胺（PDA）和LA-MOF纳米颗粒，最终构建出具有多功能性的LA-MOF@PDA@MS复合材料。该海绵具有超疏水性，其水的接触角为155.5°，并展现出优异的自清洁能力，能有效防止污染物附着；在酸性、碱性环境和海水溶液中连续浸泡24小时后，仍能保持较好的疏水性能；压缩试验进一步证明了LA-MOF@PDA@MS具备良好的机械稳定性，有助于其在多次吸附-脱附循环中的重复使用，提升了材料的实用经济性。此外，LA-MOF@PDA@MS表现出较强的亲脂性，对柴油、汽油、有机溶剂等多种油类及化学品有较高的吸收能力，吸附量可达海绵自身质量的28.60至56.83倍。由于表面附着了具有光吸收特性的PDA层，使得海绵具备显著的光热效应，在模拟1个太阳光照强度下，普通三聚氰胺海绵的最高表面温度仅为31.6 ℃，而LA-MOF@PDA@MS对光照射极为敏感，其表面温度迅速升高，最高可达68.3 ℃。在经过多次光热循环测试后，该材料仍能保持稳定的光热转换能力，说明其具有良好的耐光特性。利用LA-MOF@PDA@MS的光热效应，使得原油的粘度随温度的升高而显著降低，可以极大提高高粘度原油的吸附与回收效率，这对应对海洋溢油事件具有广阔的应用前景。复杂的海水环境中存在着细菌及微生物，容易在材料表面滋生生物膜，从而对油水分离材料的长期性能提出更高要求，LA-MOF@PDA@MS在光照条件下对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的有明显的抗菌效果。

图1. 反应流程、油水分离及光阳能自热海绵原油溢油清理示意图

图2. (a)MS和LA-MOF@PDA@MS的紫外-可见-近红外吸收光谱；(b)MS和LA-MOF@PDA@MS在1 Sun和2 Sun光热性能；(c) 1Sun下LA-MOF@PDA@MS的光热循环；(d)MS和LA-MOF@PDA@MS在1 Sun和2 Sun照射下加热时的热成像

图3. 高粘度原油在室温(a)和加热后(b)的状态；氙灯照射下原油液滴在原始海绵上的渗透行为(c)，氙灯关闭(d)及照射下(e)原油液滴在LA-MOF@PDA@MS表面的渗透行为；氙灯照射下原油液滴的热成像（f）

图4. 黑暗及光照下大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌研究

  本研究采用直接浸渍法成功制备了LA-MOF@PDA@MS超疏水海绵，方法工艺简便，易于放大实施。该改性海绵具有优异的综合性能，包括突出的拒水性，良好的耐酸碱腐蚀性，明显的自洁性和机械韧性，同时具备出色的光热性能。其光热特性还有助于避免在低温环境下结冰，并减少细菌污染造成的性能损伤，从而显著延长了其使用寿命。因此，LA-MOF@PDA@MS海绵有望成为处理海洋溢油及工业含油废水的高效候选材料，为环境修复提供新的技术路径。

  该研究以题为“Photothermal superhydrophobic LA-MOF@PDA@MS sponge for offshore crude oil recovery”的论文发表在《Composites Part B: Engineering》上。硕士生廉悦和王熙麟为论文共同第一作者，湖北大学张玉红教授、陈朝霞副教授以及湖北工程学院的刘勇博士为通讯作者。

  原文链接：https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2025.113012