油水分离过程是一个极其复杂的质量和动量传递的物理化学过程。研发特殊浸润性材料并应用于油水分离这一广受关注的全球性难题，是继膜分离技术之后，一个具有抗油污污染、防阻塞、易回收再利用等优势的前沿科技，对含油污水的处理具有重要意义。
《氟致超亲水原理及应用》是一本专门介绍氟致超亲水原理及其在油水分离中应用的专著。书中介绍了固体表面浸润性基本理论；系统介绍了TiO2纳米管及Ti纳米针阵列界面的制备机理及其表面的浸润性；着重描述了一种全新的适用于金属及类金属表面超亲水处理的方法；氟致超亲水法的起源、发现、机理及其稳定性；拓展了氟致超亲水泡沫钛、泡沫铜、核-壳Ni修饰铜网以及不对称效应在油水分离中的影响；为高性能超亲水油水分离材料的设计提供了参考。
《氟致超亲水原理及应用》可供在石油、化工、环境、食品、冶金、动力、交通、航空、核能等领域从事油水分离、固体表面浸润性研究和管理的人员参考，也可作为高等学校有关专业的选修课参考书。
《氟致超亲水原理及应用》是一本专门介绍氟致超亲水原理及其在油水分离中应用的专著。本书介绍了固体表面浸润性基本理论；二氧化钛纳米管及钛纳米针阵列界面的制备机理及其表面的浸润性；氟致超亲水法的起源、发现、机理及其稳定性；氟致超亲水泡沫钛、泡沫铜、核-壳Ni修饰铜网以及不对称效应在油水分离中的效用。超亲水材料具有抗油污污染、防阻塞、易回收再利用等优势，氟致超亲水原理及应用对含油污水的处理具有重要意义。
随着工业污水排放量的增加以及海洋漏油事件的发生，含油污水的处理成为一个亟待解决的全球性难题，广受科研工作者的关注。处理含油污水的方法可分为气浮法、电解法、膜分离法等，其中膜分离法是含油污水处理的一个最直接、最有效的途径。然而传统的膜材料在处理过程中耗能较大，膜本身存在易受污染、易堵塞的问题。
特殊浸润性材料即超疏水材料和超亲水材料在油水分离中有其独特的优势和作用。但是，利用超疏水特性的多孔材料在重力作用下进行油水分离，由于水密度通常比油大而将材料与待分离的油层隔开，这对油水分离不利；同时由于超疏水材料通常具有亲油的特性，从而使材料易受油污污染、易堵塞。而在重力作用下利用具有超亲水性的膜材料进行油水分离，不仅能抗油污污染，同时具有防阻塞、易回收再利用等优点，体现了科技发展的新方向。
作者最初开展阳极氧化制备TiO2纳米管阵列表面的研究工作，试图通过在纳米管尺度一定的情况下，研究亲疏水特性对微纳尺度表面池沸腾传热的影响规律。研究发现Ti在阳极氧化过程中，由于F-和O2-迁移速率的差异，形成的TiO2纳米管的底部会有一层含有氟氧化物甚至氟化物的富氟层，这是通过电压脉冲法制备通孔TiO2的关键因素，由此我们提出一种新颖、廉价而又通用的，基于化学键极性的氟致超亲水机理和工艺：将氟原子与金属或类金属原子直接相连，并利用（类）金属氟键的强极性来形成亲水界面，同时通过氧化物、氮化物等稳定的网络结构来稳定表面氟键以解决氟化物的水溶性问题，并由此研发出在材料表面形成XMY (X=O、S、N等,M=金属或半金属,Y=F、Cl等) 的氟致超亲水界面的通用方法。书中分别将氟致超亲水原理应用于不同材料上，选择Ti、Zn、Fe、Co、Ni以及玻璃片（SiO2）等六种材料进行了实验和计算的证明。
作者从2006年开始进行TiO2纳米管阵列的研究，发现氟致超亲水原理是一个惊喜，发展到油水分离工业是无心插柳柳成荫。期间陈粤（《TiO2纳米管阵列界面制备与功能应用》，2011年中山大学博士论文）和罗智勇（《基于化学键极性的氟致超亲水原理及其油水分离应用》，2017年中山大学博士论文）在攻读博士学位期间做了大量的工作，本书是在上述研究的基础上撰写而成。书中第1章介绍了固体表面浸润性基本理论、特殊浸润性材料在油水分离中的应用以及现有超亲水处理方法；第2章系统介绍了TiO2纳米管及Ti纳米针阵列界面的制备机理及其表面的浸润性；第3章着重描述了一种全新的适用于金属及类金属表面超亲水处理的方法：氟致超亲水法的起源、发现、机理及其稳定性；第4章通过氟致超亲水法处理泡沫Ti，拓展了氟致超亲水泡沫钛在乳液分离中的应用；第5章在氟致超亲水法中将F原子用Cl原子代替，拓展了氯致超亲水泡沫铜在油水分离中的应用；第6章进一步介绍了一种超亲水核壳Ni修饰铜网用于油水分离；第7章阐述了不对称效应对材料油水分离性能的影响。所有这些内容希望能为高性能超亲水油水分离材料的设计提供参考。
本书在撰写过程中得到同事和同行的大力支持和鼓励，陈粤博士和罗智勇博士对全书的结构、内容和图文修改提出宝贵建议并做了大量工作，李敏珊博士为全书的编排付出很多精力。
由于作者水平有限，书中一定有许多不足，我们期待来自各个方面的建议与批评指正。
吕树申
2019年1月于康乐园
吕树申，中山大学 化学工程与技术学院，副院长、教授，主要研究新能源材料与技术、低维材料的制备与量化计算、两相环路热控系统设计、封装与模拟分析等。主持完成了国家自然科学基金、重大基础研究前期研究专项、广东省科技计划重大专项等多项研究课题，2000年至今已公开发表100多篇论文，获授权发明专利8项，其中日本、美国、欧洲和澳大利亚专利各1项。现任中国工程热物理学会传热传质分会委员会委员、热管专业委员会委员，《Journal of Crystallization Process and Technology》国际杂志编委。
第1章固体表面浸润性1
1.1 固体表面浸润性基本理论 2
1.1.1 表面浸润性 2
1.1.2 表面拓扑结构对浸润性的影响 4
1.2 特殊浸润性材料在油水分离中的应用 9
1.2.1 超疏水材料在油水分离中的应用 9
1.2.2 超亲水材料在油水分离中的应用 13
1.3 现有超亲水处理方法 19
1.3.1 外部刺激法 19
1.3.2 激光/等离子体激发法 21
1.3.3 表面修饰法 21
参考文献 24
第2章TiO2纳米管及Ti纳米针阵列界面及其浸润性29
2.1 TiO2 纳米管阵列界面的制备 30
2.1.1 TiO2 结构 30
2.1.2 TiO2 纳米管形成机理与制备 30
2.1.3 致密型TiO2 纳米管阵列界面制备 37
2.1.4 稀疏型TiO2 纳米管阵列界面制备 52
2.1.5 TiO2 纳米沟槽岛阵列界面 57
2.1.6 氧化物/金属界面离子迁移机制 61
2.2 TiO2 纳米管阵列界面的浸润性 62
2.2.1 TiO2 纳米管阵列界面疏水特性 65
2.2.2 TiO2 纳米沟槽岛阵列界面疏水特性 70
2.2.3 稀疏型TO2 纳米管阵列界面：滚动超疏水界面71
2.2.4 稀疏纳米管的UV 控制：由滚动超疏水转化至超亲水73
2.2.5 TiO2 纳米管阵列界面疏水化机理分析 74
2.3 钛纳米针阵列界面特性 79
2.3.1 钛纳米针阵列界面制备 79
2.3.2 钛纳米针阵列界面疏水性能 87
2.3.3 钛纳米针阵列界面吸光性能 88
参考文献 92
第3章氟致超亲水原理及其稳定性97
3.1 界面制备与理论分析 98
3.1.1 TiO2 纳米管岛状阵列的制备 98
3.1.2 材料的氟氧化处理 99
3.1.3 相互作用力的计算 99
3.2 氟致超亲水起源 99
3.3 氟致超亲水性的发现 100
3.4 氟致超亲水原理（FIS） 的提出 103
3.5 相互作用力的计算 104
3.6 FIS 在不同材料中的实际应用 107
3.7 FIS 的稳定性 110
3.7.1 贮存稳定性 110
3.7.2 受热稳定性 112
3.8 氟致超亲水原理的拓展 114
参考文献 114
第4章氟致超亲水泡沫钛在乳液分离中的应用119
4.1 表征方法 120
4.1.1 油水分离性能表征 121
4.1.2 防腐蚀性能表征 121
4.2 氟致超亲水泡沫钛的制备 121
4.3 形貌与成分分析 122
4.4 表面粗糙度分析 125
4.5 液滴试验 126
4.6 油水分离性能与防腐蚀性能 129
4.7 表面氟的作用 133
参考文献 135
第5章氟致超亲水泡沫铜在油水分离中的应用137
5.1 制备及表征方法 138
5.1.1 超亲水泡沫铜制备 138
5.1.2 液滴试验 139
5.1.3 油水分离性能表征 139
5.2 超亲水泡沫铜 139
5.3 形貌、结构及成分分析 140
5.4 形成机理分析 144
5.5 浸润性分析 146
5.6 油水分离应用 149
5.6.1 油水分离性能 149
5.6.2 重复使用性能 149
5.6.3 抗腐蚀性能 151
参考文献 155
第6章超亲水核-壳Ni修饰铜网用于油水分离161
6.1 制备及表征方法 163
6.1.1 超亲水铜网的制备 163
6.1.2 液滴试验 163
6.1.3 油水分离性能表征 163
6.2 超亲水铜网 164
6.3 形貌、成分以及结构分析 165
6.4 形成机理分析 168
6.5 液滴浸润试验 169
6.6 油水分离应用 170
6.6.1 沉积时间的影响 170
6.6.2 沉积电压的影响 172
6.6.3 抗腐蚀性能 174
6.6.4 重复使用性能 175
参考文献 177
第7章不对称效应对材料油水分离性能的影响181
7.1 制备及表征方法 182
7.1.1 对称铜网及不对称铜网的制备 182
7.1.2 液滴试验 184
7.1.3 油水分离性能表征 184
7.2 形貌与成分分析 184
7.3 表面浸润性分析 186
7.4 油水分离实验 188
7.4.1 背面浸润性对油水分离的影响 191
7.4.2 不对称膜取向对油水分离的影响 194
参考文献 195
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