随着人们环保意识的不断提高,油水分离成为了近年来世界各国关注的焦点。含油污水的产生主要包括工业生产排放及海上溢油事件的发生两方面,对人体健康和生态环境带来极大的危害。传统的油水分离工艺虽然成熟,但大多伴随着能耗高、产生二次污染等问题,因此,找到一种新的含油污水处理方式非常重要。研究发现,具有特殊润湿性表面的材料可以在克服上述问题的同时实现对含油废水的高效处理,将在含油污水分离领域扮演重要角色。材料表面能和表面粗糙度结构是获得特殊润湿性表面的两个关键条件,本课题则是以纳米级TiO₂增加材料表面粗糙度,利用低表面能修饰剂得到合适的表面能。TiO₂具有无毒、易制备、价廉等优点,是常用的纳米材料之一,并且可以通过选用不同的合成手段得到不同大小、不同形貌的微粒,能够满足处理各种类型含油污水工艺的需要。此外,TiO₂的光响应性能也为含油污水的分离过程提供了帮助。一方面,在紫外光照射下,TiO₂具有光致亲水性,可以实现材料表面润湿性的逆向转变,使一种分离材料具有分离不同种类含油污水的能力,实现分离过程的连续进行,大大提高了分离效率。另一方面,TiO₂还具有光催化能力,可以在油水分离过程进行的同时降解水中含有的可溶性有机污染物,进一步提高滤液的纯净度。因此,本论文以TiO₂为基体,在不同材料（铜网、海绵、醋酸纤维素滤膜）上构筑粗糙表面使其具有特殊润湿性并对其油水分离性能进行研究。本论文主要研究内容如下:（1）采用简单、环境友好型的水热法在300目的铜网（CWM）表面原位生成块状TiO₂。形成的TiO₂具有两种不同的尺寸,一部分平均粒径为1μm,另一种平均粒径为50 nm,组成的微纳米结构块状TiO₂显著提高了铜网表面粗糙度并通过接触角测量表征表面润湿性。一方面,将得到的TiO₂@CWM浸泡在硬脂酸（STA）溶液中,得到超疏水的滤网,记为S-TiO₂@CWM,并通过分离重油-水层状混合物计算S-TiO₂@CWM的分离速率以及分离效率,检验其重油-水分离能力。另一方面,当需要分离轻油-水层状混合物时,利用TiO₂在紫外光照射条件下产生亲水性氧空穴的特性,将滤网表面润湿性由超疏水转变为超亲水,记为U-TiO₂@CWM,并计算分离速率和分离效率,检验其轻油-水分离能力。实验结果显示,制备的TiO₂@CWM在不同修饰条件下能够表现出相反的润湿性,可以分离不同类型的含油污水,增加了实际应用范围。此外,通过多次改变修饰条件证明润湿性的转换可重复进行,且TiO₂@CWM还具有一定的机械强度和自清洁能力,有望在实际工业生产中得到应用。（2）通过简单易操作的浸渍-提拉法得到TiO₂和多巴胺（PDA）附着的三聚氰胺海绵（MF）,记为TiO₂/PDA@MF。TiO₂均匀分布在海绵框架结构表面,提高了粗糙度,再使用低表面能修饰剂全氟癸基三氯硅烷将TiO₂/PDA@MF润湿性修饰为超疏水的F-TiO₂/PDA@MF,最后利用TiO₂光致亲水性将海绵一个表面的润湿性转换成超亲水,修饰为Janus海绵。测试F-TiO₂/PDA@MF的吸油能力,以柴油、汽油以及真空泵油为例进行实验。结果表明,F-TiO₂/PDA@MF可以有效吸附漂浮在水体表面的层状油类,并能够通过机械挤压的方式将吸附的油类回收,多次吸附过程后仍能保持良好的吸油-排油能力。对于粘度较高的原油,利用TiO₂和PDA的良好的吸光及传热能力,使原油温度升高、粘度降低后,进行吸附过程。此外,由于Janus海绵具有一定的亲水性,有效防止海绵在吸收过程中受风力、波浪等自然因素影响,提高了实际应用的可能性。（3）通过简单的溶剂热反应制备出还原状TiO₂（r-TiO₂）纳米粒子,并通过真空抽滤法将TiO₂粒子及壳聚糖（CS）附着到醋酸纤维素膜（CAM）上,记为r-TiO₂/CS@CAM。反应得到的r-TiO₂为平均粒径10 nm的粒子,并且由于产生了氧缺陷,禁带宽度变窄使其能够在可见光条件下进行对有机物的降解,大大减少了能源的使用。通过改变r-TiO₂附着量,得到了不同r-TiO₂含量的改性膜,利用表面r-TiO2微纳米结构与壳聚糖破乳效果的协同作用,在重力作用下实现了乳液的分离。测试不同含量r-TiO₂/CS@CAM的水下油接触角以及乳液分离测试得出r-TiO₂含量为0.3 mg mL^-1的改性膜乳液分离能力最佳,并以r-TiO₂含量为0.3 mg mL^-1的r-TiO₂/CS@CAM为例进行不同油类乳液的分离及重复分离实验,结果显示,r-TiO₂/CS@CAM不仅能够分离不同类型的乳液,还能在多次分离过程后保持良好的分离速率及抗油率。此外,r-TiO₂/CS@CAM即使在腐蚀性溶液中也保持了良好的分离能力,这有提高了改性膜在环境修复和废水净化中的通用性和实用性。