工业活动的升级与人类生产生活的加快带来了经济的迅速发展,但也对环境造成了不可忽视的破坏性影响。尤其以水资源的污染最为显著,各种可溶性与疏水性污染物存在于水体环境中,造成水生生物的死亡并且危害人类的身体健康,如何高效且快速地来处理这些污染物已经成为亟待解决的重大问题。超浸润材料及其制备技术的发展,为水资源的净化与处理提供了理论性和实践性的基础。本论文结合三维多孔材料的物理和化学特性,使用冷冻干燥和高温碳化等技术,赋予其不同的润湿性与选择性,实现同步去除油水中多种污染物的目标,明确三维多孔材料去除油/水溶性污染物的机理与规律,拓展材料在水处理领域的可循环与可重复性使用。本论文围绕此创新点的主要研究成果如下:(1)针对可溶性油水乳液与油溶性染料的这一环境问题,采用香蒲纤维为原料,经过脱脂处理,过滤塑形和高温碳化,直接得到了高弹性的三维多孔材料。由于碳化后纤维相互交织形成三维网络结构,使其在应变为80%的情况下也能完全恢复到原来的形状。该多孔材料具有粗糙的结构和较低的氧含量,其表面与水和油的接触角分别为153°和0°;凭借其高孔隙率与双重纤维管作用,它能够吸收高达自身重量160倍的原油。三维多孔材料整体呈现出超疏水和超亲油性,只需通过简单的过滤即可有效地分离各种类型的油包水乳液;同时,油溶性染料(苏丹I、III等)能与材料带正电区结合以静电作用直接地被吸附,效率高达99.99%。最后,它还实现了对多种油水乳液和多种油溶性染料的同步去除。(2)采用了法国梧桐纤维为原料,经过脱脂处理,过滤塑形和高温碳化,得到可以分离不同粘度油水乳液的高弹性生物质基三维多孔材料。法国梧桐纤维碳化后能够形成三维网络结构,压缩100次后仍能恢复到原来的形状。该多孔材料同样展现出超疏水和超亲油性,利用其结构性的筛分聚结效应,不仅高效快速地去除了低粘度油水(水/PAO10,水/PAO40等)乳液中的微小水滴,还能实现对高粘度油水(水/PAO10,水/PAO40等)乳液的完全分离,分离过程仅依靠乳液重力驱动且效率高达99.90%,为工业高粘度含油废水的净化提供了良好的基础。(3)针对吸附水溶性染料易造成自身污染、耐用性变差,无法长期循环使用的问题。选用木头作为原材料,先后经过碱性、酸性氧化去除木质素和部分半纤维素,得到纤维素纤维基体,通过原位生长在其表面负载BiOBr和AgBr,结合冷冻干燥得到具有压缩性的三维多孔材料。该多孔材料呈现出超双亲和水下超疏油性,基于其筛分与聚结效应,能够以99.91%的效率分离煤油包水乳液;同时,其表面大量的羟基与水溶性染料(罗丹明B、甲基橙)分子通过氢键结合能够实现染料的直接吸附。此外,木纤维原位引入BiOBr和AgBr,赋予其较好的光催化降解性能,可实现三维多孔材料的再生循环使用,充分利用最初的去除微小油滴和吸附水溶性染料的功能。