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清洁水资源是人类和其他动植物正常生存的重要前提。由于工农业等生产活动对水体产生的不断污染,自然界中纯净水资源占比不到1%。因此,高效低成本的水处理技术是解决水污染和水资源危机的重要途径。此外,水体中污染物成分通常较复杂,除了常见的油水混合物,表面活性剂稳定的油水乳液以及大量难降解的污染物(如氟化物等)的不断排放,进一步增加了水处理的难度。传统水处理材料(如大孔径金属网/棉材料等)具有分离功能单一、选择性和分离效率较低、无法分离稳定化油水乳液等局限。因此,考虑到水体污染的复杂性以及分离技术应用的高效性,构建并制备新型高效的功能集成分离材料具有重要的实际应用价值。基于上述问题,本课题首先通过一种简便策略构建了一种多功能的新型氧化石墨烯/聚乙烯醇(GO/PVA)Janus气凝胶,用于高效切换分离不同种类的油水乳液或混合物。Janus GO/PVA气凝胶(J-CGPA)通过以下简单两步法制备:(1)GO/PVA混合液直接冷冻组装,然后进行冷冻干燥和热退火处理,以获得一个稳健的RGO/PVA气凝胶;(2)对上述气凝胶进行单侧多巴胺(DA)亲水改性。研究结果表明,PVA辅助增强GO组装成气凝胶的同时,赋予了气凝胶独特的分级多孔结构,即相对较小的表面孔(孔径<5μm)和较大的内部蜂窝状孔(孔径约为40μm)。此外,通过毛细力驱动控制单侧DA化学修饰,石墨烯基气凝胶可获得理想的非对称润湿性(一侧为超亲水/水下超疏油性;另一侧为强疏水/超亲油性)。J-CGPA不仅对高度乳化的水包油和油包水乳液具有可控的按需分离性能,而且对分层油水混合物也具有良好的分离性能。在完全重力驱动下,展现出高渗透通量(油包水乳液可达1453 L/m2/h,水包油乳液可达885 L/m2/h)、高分离效率(99.5%以上)以及良好的循环应用性能。此外,为了有效去除水中的氟离子和油类污染物,通过简便方法制备了具有优异功能集成且绿色环保的石墨烯基气凝胶。本论文首次将具有优异的生物相容性、热稳定性、高柔韧性的羟基磷灰石纳米线(HAPNWs)作为石墨烯基气凝胶网络的高效协同组分,通过化学还原诱导自组装方法成功制备了具有强疏水性的RGO/HAPNWs气凝胶(RGHA),展现出优异的吸附水中不溶性油相及有机溶剂的能力。此外,基于HAPNWs本身大量的表面活性吸附位点,以及采用DA表面沉积改性赋予RGHA以超亲水性,使其具有良好的去除水中氟离子的能力,测试显示氟离子吸附容量可达到9.93 mg/g(25℃中性条件,初始氟离子浓度为10 mg/L)。本研究中HAPNWs增强的石墨烯基气凝胶可有效结合对不溶性油相和有机溶剂的吸附及水中氟离子去除能力,因此在复杂水体的高效修复中展现了良好应用前景。