随着工业的发展，溢油、石油产品和有机溶剂的泄漏带来了严重的环境问题，如生态系统失衡和水体污染，对人类健康构成了极大的威胁。为了实现油水混合物的分离，已有各种方法被应用于处理含油污水，如原位焚烧、膜过滤、生化降解、物理吸收等。其中超润湿分离材料，包括高分子膜/多孔金属网/海绵/棉织物等等，在油/水分离方面表现出无与伦比的优势，例如分离效率高、环境友好、成本低和操作简单。然而，由于大多数二维超润湿分离材料的较低孔隙率和不适当的孔径（太大或太小），渗透性和选择性之间的权衡现象限制了其进一步发展，特别是在分离高度稳定的油/水乳液中。因此，开发出高效快速的油水乳液分离材料仍然是一个艰巨的挑战。

近日，福州大学机械学院任志英教授课题组在国际著名期刊《Journal of Materials Chemistry A》上发表以“Anisotropic superhydrophobic graphene aerogel with radial superelasticity and axial superstiffness for efficient on-demand oil-water separation”为题的文章。该文章的第一作者为福州大学的杨宇博士，任志英教授和侯琳熙为通讯作者。研究者通过垂直冷冻干燥GO/PVA悬浊液和气相沉积甲基三乙氧基硅烷（MTES）制备了一种超疏水石墨烯气凝胶用于按需高效油水分离；并通过流体动力学模拟揭示了其分离机理。

图1 各向异性气凝胶的制备流程及结构。

在PVA高分子链的“粘结”以及MTES单体的“缝合”下，超疏水石墨烯气凝胶优异的各向异性，在X,Y方向展现出超弹性（50%应变50000次以上），在Z轴方向表现出超承载能力（自身20000倍以上），这是目前已知最好的结果。更重要的是，超疏水石墨烯气凝胶克服了通量与效率之间的tradeoff效应，仅在重力下就可以分离水滴粒径小于自身孔径数倍的油包水乳液，而且具有超高通量(3255 L/m2 h)和超高纯度(99.9%)，比需要外部压力驱动的2d聚合物或无机膜高出1-2倍。另外，基于仿真建模的可视化分析，揭示了超疏水石墨烯气凝胶乳液聚结分离机理。因此，机械性能优异的超疏水石墨烯气凝胶在油水分离应用中具有巨大的潜力。

图2 各向异性气凝胶的乳液分离性能。

图3 各向异性气凝胶的乳液分离仿真分析。

论文链接：https://doi.org/10.1039/D3TA03859A