沙子是最重要的基础建筑材料之一，房屋、公路、桥梁、隧道、机场等基础设施建设都离不开它。近年来，人们一直致力于将廉价、现成的天然沙资源转化为具有高附加值的功能性材料，超疏水沙就是热门的转化选择之一。然而，超疏水沙制备普遍存在方法复杂、成本高等缺点，难以实现大规模工业化生产，极大地限制了超疏水沙的应用推广。

针对上述问题，我院楚宗霖教授团队以廉价有机小分子为前体，通过一步简单的处理工艺，在沙子表面构建了一层低表面能有机纳米结构，低成本制备了神奇的超疏水魔力沙（图1）。该魔力沙具有“出淤泥而不染”和“轻功水上漂”的本领——即使强行将这种沙压入至水面以下，它也能在水下保持自身的干燥。此方法制备超疏水沙具有操作简便、成本低、性能高等优势，在建筑防水、油水分离、水流输运、土壤保湿、植树造林等领域具有重要的应用价值（ACS Applied Materials & Interfaces 2022, 14, 43656）。

图1. 神奇的魔力沙及其功能化应用：（a）沙子表面微观结构SEM图；（b）沙平堆表面接触角（>160°）；（c）沙子漂浮于水上并支撑起蓝墨水染色的足球状小水滴；（d）用于建筑材料表面防水；（e）用于制备液体弹珠；（f）用于土壤保湿；（g，h）用于高效油水分离。（图片来源：ACS Applied Materials & Interfaces 2022, 14, 43656）

聚焦魔力沙研究，团队还开发出能够填充两种润湿性相反的超浸润沙双子星型分离器（图2），通过两种不同的超浸润性的沙粒相互配合，实现了在一个分离单元中高通量、高效率地从复杂油水系统中连续分离和净化油相和水相的功能（ChemSusChem 2023, 16, e202201932; CN217909077U）。基于该制备方法的便利性、经济性、超浸润材料的稳定性以及双子星型分离器的优越性能，该分离技术在溢油清理，原油、汽油、柴油、航空燃油脱水（可达到国标要求），厨余潲水处理、精细化工，纺织和食品工业等领域均有重要应用价值，为超浸润油水分离技术的工业化应用奠定了基础。

图2. 双子星型超浸润油水分离器用于复杂油水体系的高效分离和净化。（图片来源：ChemSusChem 2023, 16, e202201932）

在前述工作的基础上，团队构建了一种新型反重力自吸泵（图3），该自吸泵可以反重力地逆向选择性传输液体（根据所用填料沙的超浸润特性的不同，进行选择性地传输且只传输油相和水相中的一相），从而实现油水混合物及油水复杂乳液的自发式、反重力自动分离与纯化（Small 2024, DOI: 10.1002/smll.202402946）。

图3. 超浸润反重力自吸泵用于油水混合物的高效分离。（图片来源：Small 2024, DOI: 10.1002/smll.202402946）

此外，团队还在抗污性超浸润油水分离材料、高温油水分离材料、非水乳液分离材料等领域取得了重要进展（Sep. Purif. Technol., 2024, 351, 128121; J. Environ. Chem. Eng., 2024, 12, 112654; J. Mater. Chem. A 2023, 11, 13231; CN219209069U; Sep. Purif. Technol., 2023, 312, 123406）。

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表界面功能与智能材料联合研发中心简介

表界面功能与智能材料联合研发中心由我院楚宗霖教授领衔，现有教授2人、副教授1人、讲师1人，研发队伍达40余人。团队主持完成多项国家自然科学基金和省级等重点重大项目，获授权专利50余项，在国内外著名学术期刊发表论文200余篇。团队致力于各类表界面功能材料及助剂研发，重点围绕高端金属装备表面多功能防护涂层开发应用和超浸润材料及其产业化研发，拥有新型超亲水/水下超疏油多孔玻璃膜、双子星型油水分离、轻金属智能多功能涂层等多项成熟技术，均在孵化和推广中，欢迎各大企业合作对接。

团队负责人楚宗霖，湖南大学教授、博士生导师、岳麓学者，湖大粤港澳大湾区创新研究院研究员，湖南省海外高层次人才。以第一/通讯作者在国际权威期刊发表论文30余篇，获中外授权专利10余件，主持国家自然科学基金面上项目及企业横向合作项目10余项。

来源 | 表界面功能与智能材料联合研发中心

编辑 | 楚宗霖 王德琦 石秀仪 王心怡

责编 | 刘楚玲