油水乳液分离，石油化工、机械加工、废水处理等领域的老大难问题。传统膜分离技术通常只能处理一种乳液：处理水包油（O/W）乳液用亲水膜，处理油包水（W/O）乳液用疏水膜。当进料中两种乳液同时存在时，就需要“串行处理”——先分一种、再分另一种，流程复杂、能耗高、效率低。能否让一套膜装置同时处理两种性质相反的乳液，是该领域的核心挑战。

中国海洋大学李一鸣教授团队与山东大学王志宁教授团队（第一作者张文军）设计了一种异质润湿膜（HWM），表面像棋盘一样规则分布着亲水和疏水区域，并配套双向梯度收缩流道，形成了“剪切—润湿协同机制”。成果于2026年8月31日发表于《自然-水》。

O/W和W/O两种乳液同步、并行分离，两相分离效率均超过99.9%，残留油/水含量低于25 ppm，连续运行305分钟性能稳定。

一张膜上“铺两条路”

团队采用模板辅助静电纺丝，在同一膜平面内构筑了相互交织的亲水（PAN@TiO₂/WPU@TiO₂）和疏水（PAN@PTFE/PVDF）区域，界面黏结强度>0.20 MPa，足以承受流道剪切。约1 μm的膜孔一方面允许破乳后的分散相液滴跨膜迁移，另一方面借助毛细压力阻止两侧连续相直接串流。

三步协同机制：

1. 剪切破乳：梯度收缩流道产生不均匀剪切力，让油滴/水滴碰撞聚并变大
2. 润湿选择：亲水区“抓住”水相、疏水区“拉拢”油相，分别引导反向穿膜
3. Laplace锚定：膜孔尺度上的弯月面曲率变化产生恢复压力，将连续相“锁”在各自通道中（稳定操作窗口±5440 Pa）

Figure 1（SPDES同步并行双乳液分离原理及异质润湿膜制备）

润湿图案优化与性能

研究人员对比了垂直润湿分区膜（VPM）、平行润湿分区膜（PPM）和垂直多级润湿膜（VMPM），发现VPM表现最突出——100 mL O/W和100 mL W/O乳液约30 min同步处理，两相分离效率均>99.5%，残留量<25 ppm（图2a-d）。逆流模式优于顺流模式（图2e-f）。面对W/O/W、O/W/O三重乳液以及O/W与W/O共存体系，系统仍保持>95%同步分离效率（图2g），优于传统死端过滤、错流过滤及Janus膜等（图2h）。

Figure 2（异质润湿拓扑与流动方式优化）

Laplace锚定与分散相选择性迁移

Laplace锚定机制：梯度流道在膜两侧产生速度、剪切和压力分布，但连续相被膜孔尺度上的Laplace压力效应“锁住”——弯月面曲率变化产生恢复压力，稳定操作窗口约±5440 Pa。

分散相选择性迁移：梯度收缩流道提高局部流速，推动液滴向膜表面靠近；疏水区优先让油滴通过、亲水区优先让水滴通过。分子动力学模拟证实，亲水表面的羟基与水形成稳定氢键和水合层，同时提高油分子穿透的能垒。

Figure 3

剪切“双刃剑”与长期稳定性

剪切力存在最佳窗口：入口压力约7000 Pa时，O/W和W/O乳液残留分别降至29.55 ppm和61.28 ppm（图5b）；压力过高（15000 Pa）会引发再乳化（图5c）。

连续处理各2000 mL乳液，总运行305 min性能稳定（图6a-b）。XPS和二维相关光谱显示不同润湿区域有明确的界面分工（图6c-f）。低场二维核磁显示真正处于吸附状态的组分仅约1.3%和2.1%（图6g-i），表明系统从机理上减轻了液滴长期堆积在膜表面的难题。

Figure 5

论文信息：Synchronous and parallel separation of opposing emulsions enabled by a heterowellability membrane，Nature Water，2026，

DOI: 10.1038/s44221-026-00569-1

总结：

异质润湿膜（棋盘式亲/疏水区域）+双向梯度收缩流道→剪切破乳+润湿选择输运+Laplace界面锚定→O/W和W/O乳液同步并行分离→效率>99.9%、残留<25 ppm、305分钟稳定。