随着工业技术的飞速发展,人类的生产生活离不开石油,而在石油开采、工业生产及日常生活中会产生大量的含油废水,严重影响环境及人类的生存。目前,含油废水的处理方法主要有物理法、化学法、生物法及膜分离法等。其中膜处理法由于低能耗、高效率、低污染等优点,具有广阔的应用前景。基于润湿性的膜功能材料理论上可高效地分离油水乳液,因此具有可设计性。基于润湿性的膜功能材料分为:超疏水超亲油膜和超亲水超疏油膜。虽然超疏水超亲油膜易于构造但具有膜污染严重、通量衰减快、膜寿命较短、不易清洗等缺点,而超亲水超疏油膜则具有易清洗、高寿命、高通量、高效率等优点,但表面不易构造。本文先通过Material Studio构建锐钛矿TiO₂（101）分子模型并对其进行Si掺杂,考察了TiO₂分子及不同Si掺杂位置的Ti O₂分子对于水的吸附能力,而后以高目数不锈钢丝网为基底,利用溶胶-凝胶法制备了超亲水超疏油TiO₂/SiO₂双层膜材料及超亲水超疏油TiO₂/SiO₂复合膜材料,并对其表面结构进行了微观表征,考察了材料的油水分离性能,设计出一种用于油水分离的装置。得到重要结论如下:（1）利用Material Studio构建锐钛矿TiO₂（101）分子模型并对其进行Si掺杂,考察了Ti O₂分子及不同Si掺杂位置的TiO₂分子对于水的吸附能力,计算结果表明,Si的掺杂对于整个膜体系的吸附水的能力是一种很好的增强,即能够增强体系的亲水性。其中最外层基准Ti的替换掺杂效果最佳,对水的吸附能增加最显著。这为后期的实验研究提供了理论支撑。（2）利用溶胶-凝胶法在高目数的不锈钢丝网上依次涂覆SiO₂和TiO₂,经过高温煅烧后退火得到超亲水超疏油Ti O₂/SiO₂双层膜材料。对网膜表面进行了SEM、XRD、XPS表征、接触角测量及稳定性测试,研究了不同制备条件对表面形貌、接触角和油水分离性能的影响。研究结果表明,不同工艺条件的TiO₂/SiO₂双层膜材料在空气中水的接触角为0°,均具有优秀的超亲水性,空气中的水滴在膜表面能够在0.1s内迅速的铺展开来;最佳工艺条件下,水下油的接触角能达到157.5°±1.1°,具有优良的水下超疏油性能。（3）利用溶胶-凝胶法制备最佳工艺条件的Si O₂溶胶和TiO₂溶胶,而后在溶胶阶段按一定摩尔比进行混合得到TiO₂/SiO₂复合溶胶,后将其涂覆在洗净的不锈钢丝网上,经过高温煅烧后退火得到超亲水超疏油TiO₂/SiO₂复合膜材料。对网膜表面进行了SEM、XRD、XPS表征、接触角测量及稳定性测试,研究了不同Si掺杂量对表面形貌、接触角和油水分离性能的影响。研究结果表明,不同Si掺杂量下的TiO₂/SiO₂复合膜材料空气中水的接触角为0°,均具有优秀的超亲水性,空气中的水滴在膜表面能够在0.1s内迅速的铺展开来;最佳Si掺杂量条件下,水下油的接触角能达到150°±2.8°,具有优良的水下超疏油性能。（4）利用模拟实际油水混合物对两种体系的超亲水超疏油网膜进行了油水分离效率评价,并对实际油井油水混合物进行水质分析,并在此基础上设计出油水分离装置。研究结果表明,两种膜材料的油水分离效率均能达到90%以上,同时易清洗,能够制成过滤面积更大的滤芯;设计的油水分离装置不仅能够将油水高效分离,还能同时脱除水中的胶体物质及固体悬浮物。