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近几十年以来，随着工业的发展、社会的进步以及人类的生活水平提高，大量的工业废水和生活污水的排放以及频繁的石油泄漏，而这些污水中往往含有稳定且粒径较小(一般小于20μm)的油水乳液，因此乳化含油污水是最难处理的污水问题。膜分离技术可以根据分子大小，形状，物理化学相互作用参数的变化来区分分子，使能源输出最小化，同时膜分离技术具有以下几个优点:清洁环保，高效经济，可以循环使用，使其在分离方面成为最佳选择。目前，通过对膜材料进行超湿润性改性和孔径调节，使其具有分离效率高、操作简单等优点，成为处理油化污水的研究热点。然而，大量的研究报告中仍存在一些问题:1、如何实现膜材料的多功能性(如同时具有破乳和分离性能);2、如何实现智能化分离(如pH可控的亲水/疏水相互转换);3、如何提高膜表面功能层的耐久性和膜材料抗拉伸性能;4、如何解决膜表面易受有机溶剂和油污染问题，因此制备高稳定性、优异分离性能和抗油污染的多功能膜对油化污水的处理具有极其重要意义。
基于以上问题，通过简单可行的方法对多孔基底材料进行改性，制备出具有优异分离性能和多功能的复合膜，用于稳定的乳化含油污水处理。即以多孔材料钢网、静电纺丝膜、氧化铝膜、无纺布和混合纤维素膜为基底，然后对其表面修饰聚合物(聚二乙烯基苯、聚苯乙烯-聚4-乙烯吡啶，聚甲基丙烯酸N，N-二甲基氨基乙酯和分枝状的聚乙烯亚胺/聚丙烯酸)，小分子(1H，1H，2H，2H-全氟十七烷三甲基氧硅烷和全氟辛基硅烷)，有机物和无机物(锌系列的金属有机框架、纳米氧化硅、氧化石墨烯、坡缕石和氮化碳/碳酸氧铋异质结)使其具有超湿润性和合适的孔径，从而实现稳定乳化含油污水的分离。通过改性不仅使制备的复合膜具有超湿润性，而且还可以提高复合膜的耐用性、可重复使用性，更重要的是赋予其特殊的功能如自修复和自清洁性能，从而使制备功能膜材料在油化污水处理方面表现出巨大的潜力和优势。论文主要围绕以下几个工作展开:
(1)通过简单表面聚合的方法分别制备了聚二乙烯基苯(PDVB)修饰的钢网和聚甲基丙烯酸N，N-二甲基氨基乙酯(PDMAEMA)修饰的钢网，使之结合从而得到具有破乳功能和分离功能的双功能膜，用于稳定的油包水乳液分离。通过简单的表面聚合方法在钢网修饰PDVB，使其获得超疏水的特性，在钢网上修饰PDMAEMA，使其获得破乳的功能，同时由于聚合物的修饰在钢网的表面形成了微观的粗糙表面，进一步增强其湿润性，然后将两个不同功能的钢网相结合，从而制备出同时具有破乳和分离功能的复合膜。制备的双功能膜对乳化剂稳定的油包水乳液展示出优异的分离效果，对于各种各样油包水乳液的分离效率均在99％以上，更重要的是，多次分离循环后仍具有优异的分离性能(高于99％)。
(2)为了能够在同一个膜上实现对水包油乳液有效地破乳且快速分离，我们通过蒸汽扩散法和表面聚合法制备了双功能仿生Janus膜，用于水包油乳液的分离。我们首先通过蒸汽扩散的方法将全氟辛基硅烷(POTS)修饰在无纺织物的一面，然后在膜的另一面通过表面聚合的方法修饰PDMAEMA，从而得到具有双功能的仿生Janus膜。这种方法制备的仿生Janus膜不仅节约原材料，而且还能提高通量，同时使其在分离过程中便于操作，更重要的是对油水乳液展示出优异的分离性能，对于乳化剂的稳定水包油乳液分离效率在99.98％以上，同时具有很高的通量高达1.53×103Lm-2h-1。
(3)以上功能膜材料只能单一的分离油包水乳液或者水包油乳液，为了获得既能用于分离水包油乳液也能用于分离油包水乳液的功能膜材料，我们将在空气中展示出双亲性的聚丙烯腈(PAN)通过静电纺丝技术与具有疏水性的ZIF-8晶体进行混纺制备出具有特殊湿润性的水下超疏油和油下超疏水的复合膜。由于单独PAN膜在水下对油具有一定的黏附性并且在油下也会对水具有一定的黏附性，达不到水下超疏油和油下超疏水的特性，会极大的降低其分离性能。而具有疏水性的ZIF-8的加入不仅能改善其湿润性即水下超疏油和油下超疏水性，同时由于ZIF-8的存在，使制备的复合膜具有微观的粗糙结构，可以进一步提高其湿润性，从而展示出优异的分离性能，不管是稳定的水包油乳液还是油包水乳液。对两种类型的乳液的分离效率均在99.95％以上，同样的具有很高的通量均在900Lm-2h-1以上。更重要的是，制备的复合膜具有优异重复使用性，经过多次循环后分离效率仍在99.9％以上。
(4)为了使膜分离材料智能化，制备了pH可控的亲水/疏水可相互转换的智能复合膜用于油水乳液的分离，我们对pH响应的聚合物复合材料也展开了研究。众所周知的是，膜表面污染一直是阻碍其发展的一个重要原因，而通过改变膜的亲水性和疏水性，在一定程度上可以减小膜表面的污染。鉴于此，我们制备了pH响应的嵌段共聚物聚苯乙烯-聚4-乙烯吡啶(PS-b-P4VP)修饰的氧化铝膜，pH为大于7时展示出疏水性，而pH小于7时展示出亲水性的智能化性能。同时由于纳米二氧化硅的沉积可以增加膜表面的粗糙度。结合膜的亲水或疏水性和粗糙的结构能有效分离水包油乳液或油包水乳液。分离效率高达99.98％，同时还有很好的重复使用性，多次循环后仍保持优异的分离性能。因此智能膜的制备，为污水处理和环境修复提供了新思路。
(5)为了提高膜的耐用性和机械性能，使其在实际应用中更具有优势，具有自修复性能的多功能膜材料被认为是解决这一难题最有潜力的选择。根据其自修复的功能不同，我们制备了两种不同的自修复膜材料即功能层的自修复和破裂处的自修复，是根据其破坏方式不同，即化学破坏和物理破坏。针对化学破坏，我们制备了1H，1H，2H，2H-全氟十七烷三甲基氧硅烷(FAS)和Zonyl(R)321修饰的ZIF-90复合膜，当表面的功能层(超疏水特性)被氧气等离子破坏后，经过加热处理又可获得其超疏水的特性。经过100次氧气等离子破坏/加热处理循环和200次洗涤仍具有超高的水的接触角160°以上，且表面没有变化。针对物理破坏，我们制备了分枝状的聚乙烯亚胺/聚丙烯酸(b-PEI/PAA)修饰的PAN膜，当制备的复合膜断裂或者具有很深的划痕后，在水存在的条件下破损处可以迅速地重新结合在一起，且对不同的油水乳液分离效率仍在99.9％以上。因此具有自修复功能的复合物膜用于油化污水处理时，不仅能提高膜材料的耐久性和机械性能，而且还为污水的处理提供了崭新的思路。
(6)膜分离材料在污水处理的过程中，特别时乳化剂稳定的乳液，当膜具有很高通量时，极易受到油或有机溶剂的污染，膜的分离性能(分离效率和通量)将会受到严重影响，因此这严重影响膜的长期稳定使用;为了解决这一难题，我们制备可见光驱动下具有自清洁性能的二维(2D)异质结氧化石墨烯/坡缕石/J氮化碳@碳酸氧铋(GO/PG/CN@BOC)膜，用于稳定的水包油乳液分离;对不同的有水乳液分离效率均在99.95％以上，且具有优异的通量恢复率(达到99.8％)。复合膜中由于坡缕石和异质结结构的存在，不仅可以有效地增加氧化石墨烯和异质结的层间距，而且还可以提高分离通量;同时由于坡缕石的存在可以避免膜在使用的过程中由于压力的存在导致层间距减少，从而可以保持通量的恒定。因此制备的2D异质结膜为水处理膜的进一步发展提供了新思路。
基于以上问题，通过简单可行的方法对多孔基底材料进行改性，制备出具有优异分离性能和多功能的复合膜，用于稳定的乳化含油污水处理。即以多孔材料钢网、静电纺丝膜、氧化铝膜、无纺布和混合纤维素膜为基底，然后对其表面修饰聚合物(聚二乙烯基苯、聚苯乙烯-聚4-乙烯吡啶，聚甲基丙烯酸N，N-二甲基氨基乙酯和分枝状的聚乙烯亚胺/聚丙烯酸)，小分子(1H，1H，2H，2H-全氟十七烷三甲基氧硅烷和全氟辛基硅烷)，有机物和无机物(锌系列的金属有机框架、纳米氧化硅、氧化石墨烯、坡缕石和氮化碳/碳酸氧铋异质结)使其具有超湿润性和合适的孔径，从而实现稳定乳化含油污水的分离。通过改性不仅使制备的复合膜具有超湿润性，而且还可以提高复合膜的耐用性、可重复使用性，更重要的是赋予其特殊的功能如自修复和自清洁性能，从而使制备功能膜材料在油化污水处理方面表现出巨大的潜力和优势。论文主要围绕以下几个工作展开:
(1)通过简单表面聚合的方法分别制备了聚二乙烯基苯(PDVB)修饰的钢网和聚甲基丙烯酸N，N-二甲基氨基乙酯(PDMAEMA)修饰的钢网，使之结合从而得到具有破乳功能和分离功能的双功能膜，用于稳定的油包水乳液分离。通过简单的表面聚合方法在钢网修饰PDVB，使其获得超疏水的特性，在钢网上修饰PDMAEMA，使其获得破乳的功能，同时由于聚合物的修饰在钢网的表面形成了微观的粗糙表面，进一步增强其湿润性，然后将两个不同功能的钢网相结合，从而制备出同时具有破乳和分离功能的复合膜。制备的双功能膜对乳化剂稳定的油包水乳液展示出优异的分离效果，对于各种各样油包水乳液的分离效率均在99％以上，更重要的是，多次分离循环后仍具有优异的分离性能(高于99％)。
(2)为了能够在同一个膜上实现对水包油乳液有效地破乳且快速分离，我们通过蒸汽扩散法和表面聚合法制备了双功能仿生Janus膜，用于水包油乳液的分离。我们首先通过蒸汽扩散的方法将全氟辛基硅烷(POTS)修饰在无纺织物的一面，然后在膜的另一面通过表面聚合的方法修饰PDMAEMA，从而得到具有双功能的仿生Janus膜。这种方法制备的仿生Janus膜不仅节约原材料，而且还能提高通量，同时使其在分离过程中便于操作，更重要的是对油水乳液展示出优异的分离性能，对于乳化剂的稳定水包油乳液分离效率在99.98％以上，同时具有很高的通量高达1.53×103Lm-2h-1。
(3)以上功能膜材料只能单一的分离油包水乳液或者水包油乳液，为了获得既能用于分离水包油乳液也能用于分离油包水乳液的功能膜材料，我们将在空气中展示出双亲性的聚丙烯腈(PAN)通过静电纺丝技术与具有疏水性的ZIF-8晶体进行混纺制备出具有特殊湿润性的水下超疏油和油下超疏水的复合膜。由于单独PAN膜在水下对油具有一定的黏附性并且在油下也会对水具有一定的黏附性，达不到水下超疏油和油下超疏水的特性，会极大的降低其分离性能。而具有疏水性的ZIF-8的加入不仅能改善其湿润性即水下超疏油和油下超疏水性，同时由于ZIF-8的存在，使制备的复合膜具有微观的粗糙结构，可以进一步提高其湿润性，从而展示出优异的分离性能，不管是稳定的水包油乳液还是油包水乳液。对两种类型的乳液的分离效率均在99.95％以上，同样的具有很高的通量均在900Lm-2h-1以上。更重要的是，制备的复合膜具有优异重复使用性，经过多次循环后分离效率仍在99.9％以上。
(4)为了使膜分离材料智能化，制备了pH可控的亲水/疏水可相互转换的智能复合膜用于油水乳液的分离，我们对pH响应的聚合物复合材料也展开了研究。众所周知的是，膜表面污染一直是阻碍其发展的一个重要原因，而通过改变膜的亲水性和疏水性，在一定程度上可以减小膜表面的污染。鉴于此，我们制备了pH响应的嵌段共聚物聚苯乙烯-聚4-乙烯吡啶(PS-b-P4VP)修饰的氧化铝膜，pH为大于7时展示出疏水性，而pH小于7时展示出亲水性的智能化性能。同时由于纳米二氧化硅的沉积可以增加膜表面的粗糙度。结合膜的亲水或疏水性和粗糙的结构能有效分离水包油乳液或油包水乳液。分离效率高达99.98％，同时还有很好的重复使用性，多次循环后仍保持优异的分离性能。因此智能膜的制备，为污水处理和环境修复提供了新思路。
(5)为了提高膜的耐用性和机械性能，使其在实际应用中更具有优势，具有自修复性能的多功能膜材料被认为是解决这一难题最有潜力的选择。根据其自修复的功能不同，我们制备了两种不同的自修复膜材料即功能层的自修复和破裂处的自修复，是根据其破坏方式不同，即化学破坏和物理破坏。针对化学破坏，我们制备了1H，1H，2H，2H-全氟十七烷三甲基氧硅烷(FAS)和Zonyl(R)321修饰的ZIF-90复合膜，当表面的功能层(超疏水特性)被氧气等离子破坏后，经过加热处理又可获得其超疏水的特性。经过100次氧气等离子破坏/加热处理循环和200次洗涤仍具有超高的水的接触角160°以上，且表面没有变化。针对物理破坏，我们制备了分枝状的聚乙烯亚胺/聚丙烯酸(b-PEI/PAA)修饰的PAN膜，当制备的复合膜断裂或者具有很深的划痕后，在水存在的条件下破损处可以迅速地重新结合在一起，且对不同的油水乳液分离效率仍在99.9％以上。因此具有自修复功能的复合物膜用于油化污水处理时，不仅能提高膜材料的耐久性和机械性能，而且还为污水的处理提供了崭新的思路。
(6)膜分离材料在污水处理的过程中，特别时乳化剂稳定的乳液，当膜具有很高通量时，极易受到油或有机溶剂的污染，膜的分离性能(分离效率和通量)将会受到严重影响，因此这严重影响膜的长期稳定使用;为了解决这一难题，我们制备可见光驱动下具有自清洁性能的二维(2D)异质结氧化石墨烯/坡缕石/J氮化碳@碳酸氧铋(GO/PG/CN@BOC)膜，用于稳定的水包油乳液分离;对不同的有水乳液分离效率均在99.95％以上，且具有优异的通量恢复率(达到99.8％)。复合膜中由于坡缕石和异质结结构的存在，不仅可以有效地增加氧化石墨烯和异质结的层间距，而且还可以提高分离通量;同时由于坡缕石的存在可以避免膜在使用的过程中由于压力的存在导致层间距减少，从而可以保持通量的恒定。因此制备的2D异质结膜为水处理膜的进一步发展提供了新思路。