近日，我院杨宇博士（2020级）作为第一作者，在化工领域国际顶级期刊AICHE JOURNAL上在线发表了研究成果“Robust graphene/poly(vinyl alcohol) aerogel for high-flux and high-purity separation of water-in-oil emulsion and its computational fluid dynamic simulation”。该成果以福州大学为第一署名单位，任志英教授和侯琳熙教授为共同通讯作者。
超润湿表面以效率高、能耗低、抗污染等优点常用于油水分离领域，但由于纯度和通量之间的权衡效应，开发高纯度、高渗透性的油水分离材料至今仍是一个艰巨的挑战。
针对该问题，项目组通过简便的冷冻干燥法和气相沉积法得到了具有牢固蜂窝结构的超疏水石墨烯/聚乙烯醇气凝胶(FGAP)，用于高纯度和高渗透率的油包水乳液分离；并通过计算流体动力学建立了其乳液分离的仿真模型，以实时动态捕捉水滴的运动轨迹、体积变化及流场的速度矢量图，探究其分离机理。制备的FGPA表现出超疏水-超亲油性和循环压缩稳定性。更重要的是，在复杂多变的孔径和超疏水性的协同作用下，FGPA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数量级。另外，仿真模拟将不可观测的分离过程可视化，发现了水滴的回弹、涡流、聚集、拦截及破碎等现象，并提出涡流分离机制：涡流会加快破乳行为，促进在超疏水表面回弹的水滴聚拢，从而水滴被拦截。这一新方法制备的FGPA在高速高精度的油水乳液分离中具有广阔的实际应用前景，而且仿真模拟对三维分离材料的机理分析具有指导意义。
该研究工作是一项典型的多学科交叉研究成果。由suncitygroup太阳集团任志英教授、林有希教授团队和福州大学石油化工学院侯林熙团队共同完成，得到国家自然科学基金（52175162、51805086、51975123）和福建省自然科学基金（2019J01210）的支持，是推进学校“机械工程”学科双一流建设的一项重要科研成果。此外，任志英教授团队关于长寿命油水分离材料的研制，与兰州中国物理化学研究所固体润滑国家重点实验室开展了长期的合作，通过对金属橡胶内部线匝进行微纳米化处理，不仅提高了金属橡胶材料的耐腐蚀性和耐磨性能，也使得其具有优异地分离油水或乳液的功能。这标志着福州大学在环境清洁材料研制领域有了一个巨大的进步和发展，增强了福州大学相关学科的国际影响力。
AICHE JOURNAL是化学工程技术领域国际顶级期刊，主要刊登化学工程领域新材料、新技术和新方法，是福州大学认定的国际顶级期刊。
论文链接：https://aiche.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aic.17619
