油水分離過程是一個(gè)極其復(fù)雜的質(zhì)量和動(dòng)量傳遞的物理化學(xué)過程。研發(fā)特殊浸潤性材料并應(yīng)用于油水分離這一廣受關(guān)注的全球性難題，是繼膜分離技術(shù)之后，一個(gè)具有抗油污污染、防阻塞、易回收再利用等優(yōu)勢(shì)的前沿科技，對(duì)含油污水的處理具有重要意義。
《氟致超親水原理及應(yīng)用》是一本專門介紹氟致超親水原理及其在油水分離中應(yīng)用的專著。書中介紹了固體表面浸潤性基本理論；系統(tǒng)介紹了TiO2納米管及Ti納米針陣列界面的制備機(jī)理及其表面的浸潤性；著重描述了一種全新的適用于金屬及類金屬表面超親水處理的方法；氟致超親水法的起源、發(fā)現(xiàn)、機(jī)理及其穩(wěn)定性；拓展了氟致超親水泡沫鈦、泡沫銅、核-殼Ni修飾銅網(wǎng)以及不對(duì)稱效應(yīng)在油水分離中的影響；為高性能超親水油水分離材料的設(shè)計(jì)提供了參考。
《氟致超親水原理及應(yīng)用》可供在石油、化工、環(huán)境、食品、冶金、動(dòng)力、交通、航空、核能等領(lǐng)域從事油水分離、固體表面浸潤性研究和管理的人員參考，也可作為高等學(xué)校有關(guān)專業(yè)的選修課參考書。
《氟致超親水原理及應(yīng)用》是一本專門介紹氟致超親水原理及其在油水分離中應(yīng)用的專著。本書介紹了固體表面浸潤性基本理論；二氧化鈦納米管及鈦納米針陣列界面的制備機(jī)理及其表面的浸潤性；氟致超親水法的起源、發(fā)現(xiàn)、機(jī)理及其穩(wěn)定性；氟致超親水泡沫鈦、泡沫銅、核-殼Ni修飾銅網(wǎng)以及不對(duì)稱效應(yīng)在油水分離中的效用。超親水材料具有抗油污污染、防阻塞、易回收再利用等優(yōu)勢(shì)，氟致超親水原理及應(yīng)用對(duì)含油污水的處理具有重要意義。
隨著工業(yè)污水排放量的增加以及海洋漏油事件的發(fā)生，含油污水的處理成為一個(gè)亟待解決的全球性難題，廣受科研工作者的關(guān)注。處理含油污水的方法可分為氣浮法、電解法、膜分離法等，其中膜分離法是含油污水處理的一個(gè)最直接、最有效的途徑。然而傳統(tǒng)的膜材料在處理過程中耗能較大，膜本身存在易受污染、易堵塞的問題。
特殊浸潤性材料即超疏水材料和超親水材料在油水分離中有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和作用。但是，利用超疏水特性的多孔材料在重力作用下進(jìn)行油水分離，由于水密度通常比油大而將材料與待分離的油層隔開，這對(duì)油水分離不利；同時(shí)由于超疏水材料通常具有親油的特性，從而使材料易受油污污染、易堵塞。而在重力作用下利用具有超親水性的膜材料進(jìn)行油水分離，不僅能抗油污污染，同時(shí)具有防阻塞、易回收再利用等優(yōu)點(diǎn)，體現(xiàn)了科技發(fā)展的新方向。
作者最初開展陽極氧化制備TiO2納米管陣列表面的研究工作，試圖通過在納米管尺度一定的情況下，研究親疏水特性對(duì)微納尺度表面池沸騰傳熱的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)Ti在陽極氧化過程中，由于F-和O2-遷移速率的差異，形成的TiO2納米管的底部會(huì)有一層含有氟氧化物甚至氟化物的富氟層，這是通過電壓脈沖法制備通孔TiO2的關(guān)鍵因素，由此我們提出一種新穎、廉價(jià)而又通用的，基于化學(xué)鍵極性的氟致超親水機(jī)理和工藝：將氟原子與金屬或類金屬原子直接相連，并利用（類）金屬氟鍵的強(qiáng)極性來形成親水界面，同時(shí)通過氧化物、氮化物等穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來穩(wěn)定表面氟鍵以解決氟化物的水溶性問題，并由此研發(fā)出在材料表面形成XMY (X=O、S、N等,M=金屬或半金屬,Y=F、Cl等) 的氟致超親水界面的通用方法。書中分別將氟致超親水原理應(yīng)用于不同材料上，選擇Ti、Zn、Fe、Co、Ni以及玻璃片（SiO2）等六種材料進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和計(jì)算的證明。
作者從2006年開始進(jìn)行TiO2納米管陣列的研究，發(fā)現(xiàn)氟致超親水原理是一個(gè)驚喜，發(fā)展到油水分離工業(yè)是無心插柳柳成蔭。期間陳粵（《TiO2納米管陣列界面制備與功能應(yīng)用》，2011年中山大學(xué)博士論文）和羅智勇（《基于化學(xué)鍵極性的氟致超親水原理及其油水分離應(yīng)用》，2017年中山大學(xué)博士論文）在攻讀博士學(xué)位期間做了大量的工作，本書是在上述研究的基礎(chǔ)上撰寫而成。書中第1章介紹了固體表面浸潤性基本理論、特殊浸潤性材料在油水分離中的應(yīng)用以及現(xiàn)有超親水處理方法；第2章系統(tǒng)介紹了TiO2納米管及Ti納米針陣列界面的制備機(jī)理及其表面的浸潤性；第3章著重描述了一種全新的適用于金屬及類金屬表面超親水處理的方法：氟致超親水法的起源、發(fā)現(xiàn)、機(jī)理及其穩(wěn)定性；第4章通過氟致超親水法處理泡沫Ti，拓展了氟致超親水泡沫鈦在乳液分離中的應(yīng)用；第5章在氟致超親水法中將F原子用Cl原子代替，拓展了氯致超親水泡沫銅在油水分離中的應(yīng)用；第6章進(jìn)一步介紹了一種超親水核殼Ni修飾銅網(wǎng)用于油水分離；第7章闡述了不對(duì)稱效應(yīng)對(duì)材料油水分離性能的影響。所有這些內(nèi)容希望能為高性能超親水油水分離材料的設(shè)計(jì)提供參考。
本書在撰寫過程中得到同事和同行的大力支持和鼓勵(lì)，陳粵博士和羅智勇博士對(duì)全書的結(jié)構(gòu)、內(nèi)容和圖文修改提出寶貴建議并做了大量工作，李敏珊博士為全書的編排付出很多精力。
由于作者水平有限，書中一定有許多不足，我們期待來自各個(gè)方面的建議與批評(píng)指正。
呂樹申
2019年1月于康樂園
呂樹申，中山大學(xué) 化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院，副院長、教授，主要研究新能源材料與技術(shù)、低維材料的制備與量化計(jì)算、兩相環(huán)路熱控系統(tǒng)設(shè)計(jì)、封裝與模擬分析等。主持完成了國家自然科學(xué)基金、重大基礎(chǔ)研究前期研究專項(xiàng)、廣東省科技計(jì)劃重大專項(xiàng)等多項(xiàng)研究課題，2000年至今已公開發(fā)表100多篇論文，獲授權(quán)發(fā)明專利8項(xiàng)，其中日本、美國、歐洲和澳大利亞專利各1項(xiàng)�，F(xiàn)任中國工程熱物理學(xué)會(huì)傳熱傳質(zhì)分會(huì)委員會(huì)委員、熱管專業(yè)委員會(huì)委員，《Journal of Crystallization Process and Technology》國際雜志編委。
第1章固體表面浸潤性1
1.1 固體表面浸潤性基本理論 2
1.1.1 表面浸潤性 2
1.1.2 表面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)浸潤性的影響 4
1.2 特殊浸潤性材料在油水分離中的應(yīng)用 9
1.2.1 超疏水材料在油水分離中的應(yīng)用 9
1.2.2 超親水材料在油水分離中的應(yīng)用 13
1.3 現(xiàn)有超親水處理方法 19
1.3.1 外部刺激法 19
1.3.2 激光/等離子體激發(fā)法 21
1.3.3 表面修飾法 21
參考文獻(xiàn) 24
第2章TiO2納米管及Ti納米針陣列界面及其浸潤性29
2.1 TiO2 納米管陣列界面的制備 30
2.1.1 TiO2 結(jié)構(gòu) 30
2.1.2 TiO2 納米管形成機(jī)理與制備 30
2.1.3 致密型TiO2 納米管陣列界面制備 37
2.1.4 稀疏型TiO2 納米管陣列界面制備 52
2.1.5 TiO2 納米溝槽島陣列界面 57
2.1.6 氧化物/金屬界面離子遷移機(jī)制 61
2.2 TiO2 納米管陣列界面的浸潤性 62
2.2.1 TiO2 納米管陣列界面疏水特性 65
2.2.2 TiO2 納米溝槽島陣列界面疏水特性 70
2.2.3 稀疏型TO2 納米管陣列界面：滾動(dòng)超疏水界面71
2.2.4 稀疏納米管的UV 控制：由滾動(dòng)超疏水轉(zhuǎn)化至超親水73
2.2.5 TiO2 納米管陣列界面疏水化機(jī)理分析 74
2.3 鈦納米針陣列界面特性 79
2.3.1 鈦納米針陣列界面制備 79
2.3.2 鈦納米針陣列界面疏水性能 87
2.3.3 鈦納米針陣列界面吸光性能 88
參考文獻(xiàn) 92
第3章氟致超親水原理及其穩(wěn)定性97
3.1 界面制備與理論分析 98
3.1.1 TiO2 納米管島狀陣列的制備 98
3.1.2 材料的氟氧化處理 99
3.1.3 相互作用力的計(jì)算 99
3.2 氟致超親水起源 99
3.3 氟致超親水性的發(fā)現(xiàn) 100
3.4 氟致超親水原理（FIS） 的提出 103
3.5 相互作用力的計(jì)算 104
3.6 FIS 在不同材料中的實(shí)際應(yīng)用 107
3.7 FIS 的穩(wěn)定性 110
3.7.1 貯存穩(wěn)定性 110
3.7.2 受熱穩(wěn)定性 112
3.8 氟致超親水原理的拓展 114
參考文獻(xiàn) 114
第4章氟致超親水泡沫鈦在乳液分離中的應(yīng)用119
4.1 表征方法 120
4.1.1 油水分離性能表征 121
4.1.2 防腐蝕性能表征 121
4.2 氟致超親水泡沫鈦的制備 121
4.3 形貌與成分分析 122
4.4 表面粗糙度分析 125
4.5 液滴試驗(yàn) 126
4.6 油水分離性能與防腐蝕性能 129
4.7 表面氟的作用 133
參考文獻(xiàn) 135
第5章氟致超親水泡沫銅在油水分離中的應(yīng)用137
5.1 制備及表征方法 138
5.1.1 超親水泡沫銅制備 138
5.1.2 液滴試驗(yàn) 139
5.1.3 油水分離性能表征 139
5.2 超親水泡沫銅 139
5.3 形貌、結(jié)構(gòu)及成分分析 140
5.4 形成機(jī)理分析 144
5.5 浸潤性分析 146
5.6 油水分離應(yīng)用 149
5.6.1 油水分離性能 149
5.6.2 重復(fù)使用性能 149
5.6.3 抗腐蝕性能 151
參考文獻(xiàn) 155
第6章超親水核-殼Ni修飾銅網(wǎng)用于油水分離161
6.1 制備及表征方法 163
6.1.1 超親水銅網(wǎng)的制備 163
6.1.2 液滴試驗(yàn) 163
6.1.3 油水分離性能表征 163
6.2 超親水銅網(wǎng) 164
6.3 形貌、成分以及結(jié)構(gòu)分析 165
6.4 形成機(jī)理分析 168
6.5 液滴浸潤試驗(yàn) 169
6.6 油水分離應(yīng)用 170
6.6.1 沉積時(shí)間的影響 170
6.6.2 沉積電壓的影響 172
6.6.3 抗腐蝕性能 174
6.6.4 重復(fù)使用性能 175
參考文獻(xiàn) 177
第7章不對(duì)稱效應(yīng)對(duì)材料油水分離性能的影響181
7.1 制備及表征方法 182
7.1.1 對(duì)稱銅網(wǎng)及不對(duì)稱銅網(wǎng)的制備 182
7.1.2 液滴試驗(yàn) 184
7.1.3 油水分離性能表征 184
7.2 形貌與成分分析 184
7.3 表面浸潤性分析 186
7.4 油水分離實(shí)驗(yàn) 188
7.4.1 背面浸潤性對(duì)油水分離的影響 191
7.4.2 不對(duì)稱膜取向?qū)τ退蛛x的影響 194
參考文獻(xiàn) 195
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