油水分离和自供电水质监测的摩擦电气凝胶

近年来，快速的工业化和城市化使环境污染防治问题日益突出。石油产品在生产、运输、加工和使用过程中会产生大量高含油量的污水，对环境和生态系统造成显著影响。因此，探索高效智能的含油污水处理与净化方法尤为重要。传统的油水分离方法包括离心法、浮选法、吸附法、化学方法和生物方法，这些方法常常面临成本高和效率低的挑战。一般来说，油水混合物难以净化到满足重复使用的最低要求。混凝-沉淀分离技术存在占地面积大、化学药剂用量高以及难以去除浮渣等缺点。相比之下，吸附-过滤法具有成本低、效率高、传质阻力小的特点，适用于间歇操作和再利用，已成为处理各种类型含油污水的一种有前景的技术。

水中残留物的浓度直接决定了水是否可以排放，因此需要对水质进行准确高效的监测。传统的水质检测技术（如光谱法、色谱法和质谱法）具有很高的准确性，但存在设备笨重、功耗高、分析时间长以及集成困难等缺点。因此，需要开发兼具便携性、实时性和高精度的检测技术。作为一种轻量、低成本、分布式且灵敏度高的自供电传感技术，摩擦纳米发电机（TENG）在固-固接触、固-液界面及流体传感等领域具有重要的应用潜力。在污水过滤过程中，污水过滤器界面处的接触通电和静电感应会产生电信号输出，可用于动态监测水质，无需添加外部电源或功能模块。因此，固液摩擦起电机制与滤材结合，实现具有水质监测能力的智能过滤器是一种有前景的策略。

气凝胶具有三维多孔结构、低密度和优异的力学性能，能够高效且选择性地传输连续相。通过调控孔隙结构，可显著提高过滤通量和效率，有效处理大量液体，实现更精确的油水分离。但当使用传统气凝胶处理油水乳液时，过长且迂回的流道容易发生堵塞，会降低分离效率、缩短使用寿命并限制其功能，难以实现多功能响应。因此，开发一种能与固液摩擦电传感模块结合的高效油水分离气凝胶具有重要意义。其中，高效的油水分离和实时电荷转移是实现具有水质监测功能的智能污水分离平台的必要条件。

高效的油水分离对于处理含油污水至关重要，而水质的原位智能检测仍面临挑战。东华大学的Jiaqing Xiong等在本研究中，报告了一种聚多巴胺/超支化聚合物/聚偏氟乙烯（PVDF）复合气凝胶（DHPA），内置金属网状电极，它通过具有丰富亲水基团的，垂直排列的孔结构以及水滤过程中单电极固液电化学机制，实现了高效油水分离和水质监测功能。该材料具有较高的油水分离效率（99.7%），且通量稳定（5445.8 L·m-2·h-1）。基于不同的固液相互作用和不同污水与气凝胶之间的摩擦电荷转移，气凝胶在同步水质检测方面具有可行性，可实现氯化钠溶液浓度、油水混合物及染料污水的识别。结合多层感知器，对油水乳液浓度的检测准确率达到98%。该研究提出了一种有前景的策略，将高效分离、自主传感和智能诊断相结合，用于含油污水的处理与实时监测，为构建智能化污水管理平台提供了可能。

文献：

Tao Zhang, Zechang Ming, Zijie Zhou, Minghui Fan, Jiehui Zhu, Jiwei Zhang, Xinran Zhou, Jiaqing Xiong. A triboelectric aerogel for simultaneous oil-water separation and self-powered water quality monitoring[J]. Nano Energy, 2026, 153