工业扩张和人口增长导致油性污染物排放量增加，造成全球海洋生态系统严重破坏和水资源污染[1]、[2]。除了简单的石油泄漏外，由化学表面活性剂形成的细小油水乳液尤其难以通过传统的物理分离方法去除，因此需要先进的过滤技术[3]、[4]。传统的修复方法如原位燃烧、撇油和分散剂应用存在效率低、运营成本高以及二次污染问题[5]。因此，能够实现选择性分离的基于油过滤器的技术受到了广泛关注，开发出同时具备高分离效率、快速处理速度和长期耐久性的油水分离过滤器已成为当务之急[6]、[7]。
早期的油去除过滤器主要采用基于吸附的材料[8]、[9]、[10]。虽然多孔亲油材料如海绵、非织造布和气凝胶可以选择性吸附油，但由于吸附的油会导致快速饱和，从而限制了分离能力。此外，这些材料容易发生污染问题，吸附的油会堵塞孔隙，导致通量大幅下降[11]、[12]。为克服这些限制，研究人员开发了将疏水材料表面改造成亲水表面的方法，使水能够通过而油被阻挡[13]、[14]、[15]。包括纳米粒子涂层、化学表面修饰和等离子体处理在内的多种方法已被报道可用于实现超亲水表面[16]、[17]、[18]。值得注意的是，使用纤维素纳米纤维[19]、[20]、氧化石墨烯[21]、[22]、TiO₂纳米粒子[23]、[24]和二氧化硅纳米粒子[25]、[26]的纳米结构表面涂层技术表现出优异的油分离性能。然而，这些基于纳米结构的涂层技术存在几个关键限制。首先，涂层材料与基底之间的结合力较弱，通常依赖于范德华力或静电相互作用，导致在重复使用过程中容易脱落，或者需要复杂的多步骤工艺[27]、[28]。即使形成了化学键，其类似自组装单层的薄结构也使其容易受到物理冲击、摩擦和压力的影响，限制了在实际工业应用中的使用[29]、[30]、[31]、[32]。其次，大多数研究仅关注表面性质的修改，缺乏对内部多孔结构设计的系统控制，特别是孔径、孔隙率和互连宽度的控制。这一限制降低了水的渗透通量并降低了乳液分离性能[33]、[34]、[35]、[36]、[37]。
为了解决这些问题，本研究提出了一种策略，将超薄共形水凝胶层通过p-ITPI技术化学结合到孔结构可调的聚二甲基硅氧烷（PDMS）海绵上（图1）。p-ITPI技术通过牺牲性糖粒子和甘油（作为表面润湿液）独立调节孔结构（第3.1节详细介绍了其形成原理）。基于紫外光的化学接枝过程使用苯酚酮在丙烯酰胺基水凝胶层和PDMS海绵之间形成强共价键，解决了上述涂层脱落问题。由此产生的三维网络结构具有机械耐久性和对外部刺激的长期操作稳定性[40]。该过滤器基于超亲水性和超疏油性特性，实现了高分离效率和优异的可重复使用性，展示了其作为下一代油水分离平台的潜力。
