石油因其便于运输和高能量密度而成为运输系统最重要的能源，在现代社会中发挥着至关重要的作用[1]，[2]。然而，在海上勘探、运输和利用过程中发生的意外油污泄漏对海洋生态系统造成了严重破坏，并对人类健康构成了重大威胁[3]。过去几十年中，人们采用了多种传统的修复技术，包括机械撇油[4]、[5]、原位燃烧[6]、[7]、[8]、化学分散[9]和生物修复[11]来处理油污事件。然而，这些传统方法往往耗能巨大且存在二次污染的风险。因此，迫切需要开发新型的、经济高效且环境可持续的海洋油污修复方法。
在海洋油污修复中，高粘度原油会堵塞多孔材料，降低吸收率，增加泵送难度，复杂化分离过程，并限制移动性。因此，降低原油粘度被认为是提高油污回收效率的关键策略。近年来，开发出了具有原位加热能力的新吸附剂，这些吸附剂通过自加热机制降低原油粘度，从而提高流动性，便于高效回收粘稠原油[12]，[13]。太阳能是最经济且环保的能源之一，在海洋环境中尤为丰富且易于获取[14]，[15]。因此，太阳能辅助的粘度降低方法是海洋表面油污修复最直接有效的方法。然而，超疏水改性由于其固有的超亲油性和强疏水性，可以显著提高油水混合物的选择性吸油性能[16]。近年来，超疏水技术与光热粘度降低策略的结合在高粘度原油回收领域受到了广泛关注，显示出优异的应用前景[17]。例如，陈等人使用聚二甲基硅氧烷（PDMS）和光热材料炭黑改性制备了一种超疏水海绵，其水接触角高达158.2°，在1千瓦/平方米的光照强度下，表面温度迅速升高至84.7°C，最大吸油能力为44.7克/克[18]。何等人通过嵌入光热材料钴基六羟基三联苯并随后进行低表面能PDMS表面改性，成功制备了改性三聚氰胺海绵PCP@MS，PCP@MS表现出出色的疏水性，水接触角为160.2°，吸油能力为59-107克/克[19]。
尽管许多研究已经成功地将光热材料（包括基于碳、金属和聚合物的材料）集成到3D疏水基底上用于原油回收[20]，[21]，[22]，[23]，但人们对改性材料组成对原油回收效率的影响关注较少[24]。不同组分的改性表面会影响吸附剂对原油的吸收效率。从原油污染土壤的修复过程中可以看出，污染物主要通过各种物理吸附作用在土壤表面积累，金属离子介导的界面作用具有显著的调控效应。XPS和FTIR表征分析证实，土壤中的Fe3+和Ca2+等金属离子可以与原油中的含氧羧酸和含氮芳香化合物形成金属-有机配合物[25]，[26]。对原油在土壤表面吸附机制的研究表明，吸附剂表面富集的离子化官能团可以有效捕获原油中的极性成分，特别是含有氧/硫官能团的化合物。这种表面离子调控的吸附机制为开发高效原油污染修复材料提供了重要的理论基础。
受这种天然离子调控吸附机制的启发，我们假设在光热海绵表面有意引入金属离子可以协同增强对油的亲和力和太阳能热转换。本文报道了一种结合超疏水改性和离子吸附策略的新方法，用于构建一种显著提高原油吸收率的光热海绵，从而实现高效粘稠原油的回收。具体来说，引入Fe3+离子具有双重作用：通过与极性原油成分的配位增强吸油效果，并通过宽谱光吸收提高光热转换效率。选择单宁酸（TA）和氨基丙基三乙氧基硅烷（APTES）作为改性剂，是因为它们具有公认的表面活性位点[27]，[28]，[29]，能够与Fe3+同时配位，并通过硅烷化反应与高孔隙率和良好热稳定性的三聚氰胺海绵形成共价键。随后进行ODA的原位接枝以增强超疏水性。最终获得的改性海绵TAFO@MS表现出优异的粘稠原油吸收性能，其在室温下的吸油率是商用PDMS改性海绵的60.4倍。此外，TAFO@MS还具有出色的光热性能、超疏水稳定性和耐久性，显示出在油污回收中的巨大应用潜力。
