膜污染引发的性能下降和使用寿命缩短是制约膜分离技术大规模应用的核心瓶颈，在处理高黏度含油废水时尤为突出。乳化油因油滴粒径微小（＜20 μm）且表面活性剂形成稳定的界面膜，成为含油废水处理中最棘手的对象。传统的表面亲水改性策略主要通过构建静态水合屏障来阻隔油滴，缺乏主动驱离污染物的能力。在持续压力驱动下，油滴一旦突破水合屏障的局部约束，便极易在膜孔道内累积，最终引发不可逆的通量下降与膜污染。因此，开发能够动态响应、主动驱离油污染物的新型抗污膜材料，对实现膜的长期稳定运行具有重要意义。

【破局之道：“被动先行，主动跟进”】

  针对上述问题，中国海洋大学的李一鸣教授团队联合山东大学的王志宁教授团队提出被动水化防护与压电主动除污耦合的设计思路，制备得到MoS₂/PVA水凝胶修饰的BaTiO₃/MFC压电复合膜（MPBM）（图 1），实现了“被动先行，主动跟进”的抗污新模式。水凝胶层先行构筑被动水合屏障，从源头抑制黏性油污侵入膜孔，显著降低压电脱附所需的外力阈值与能耗，弥补了纯压电膜无前置防护、抗污持久性差的缺陷；压电诱导的交变电场可剥离水合层表面附着的油污，避免污染物在表面持续累积导致水合层失效，延长其有效服役周期。

  2026年9月26日，该工作以“Piezoelectric Hydrogel Membranes Enabling Hydraulically Self-Regulated Active-Passive Antifouling for Oil-Water Separation”为题发表于《Advanced Functional Materials》。

图1. 压电水凝胶膜的制备及形貌表征

【性能提升与机制解析】

  压电组分（BaTiO₃和MoS₂）的引入赋予了MPBM膜优异的机电转换能力和主动抗污潜能。在乳液分离过程中，固有的脉冲水压（0.1 bar）在膜两侧激发了-130 mV至-160 mV的压电势（图2）。表面水凝胶层提供了稳固的水化屏障，抑制油类侵入，该膜水下原油黏附力低至0.73μN，膜表面残留乳液的荧光强度较BaTiO₃/MFC膜下降54.1%，显示出其优异的静态抗油污染能力（图3）。该压电水凝胶膜对多种水包油乳液的分离效率＞99.28%，渗透通量维持在3078.56?5004.55 L m^-2 h^-1 bar^-1（图4）。在实际油田废水测试中，通量保留率可达84.3%，展示了直接利用过滤过程流体能量实现原位膜污染干预的技术优势（图5）。XDLVO界面作用理论与有限元模拟揭示了其深层机制：水凝胶改性引入大量极性官能团，与乳液中非极性组分之间形成强排斥作用，将油滴黏附能垒提高至1.13×10⁵ kT。与此同时，膜利用固有的脉冲水压收集能量，通过诱导非均匀动态电场构建了静电力与介电泳力耦合的动态力场（图6）。在该机制下，带负电的SDS分子受静电力主导快速脱附，中性油滴则受介电泳力驱动远离膜表面，实现了两类污染物的同步主动清除，印证了原位机电耦合在缓解膜污染方面的有效性。

图2. 压电水凝胶膜的结构及压电性能表征

图3. 压电水凝胶膜的抗油污染及自清洁性能

图4. 被动抗污模式下，压电水凝胶膜的乳液分离性能

图5. 主被动协同抗污模式下，压电水凝胶膜的乳液分离性能

图6. 油水分离过程中，压电水凝胶膜主被动协同抗污机制

【总结】

  该研究提出了一种水凝胶被动水化抗污与水力触发压电主动抗污相耦合的新型抗污策略。得益于过滤过程固有的脉冲水压，该体系可实现自供能机电转换，克服了传统主动抗污手段对外部电源和外源化学药剂的依赖。基于这一协同机制，所制备的MPBM压电水凝胶膜兼具优异的机电转换能力、极低的水下原油黏附力与高效的乳液筛分性能，不仅为含油废水处理提供节能型方案，也为环境工程领域发展可持续膜分离技术提供新的设计思路。

  原文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.78724