韓國科學技術(shù)研究院 (KIST) 水資源循環(huán)研究中心的 Seunghak Lee 博士、Jaeshik Chung 和 Sang Hyun Kim 使用可以精確觀察微觀流體流動的微流體系統(tǒng)觀察了油和水在各種條件下如何在多孔介質(zhì)中相互作用。

他們在類似于真實地下水流的恒定壓差條件下進行了實驗，發(fā)現(xiàn)油更容易從疏水表面逸出，而更多的油則滯留在親水表面上。這些觀察結(jié)果已通過非混相驅(qū)替分析模型得到驗證。

該研究成果發(fā)表在《npj Clean Water》雜志上。

一種常用的油水分離方法是使用吸附油的疏水材料。研究人員通過仔細觀察發(fā)現(xiàn)，結(jié)果與他們的預(yù)期相反。他們發(fā)現(xiàn)，在流經(jīng)地下水等多孔介質(zhì)的條件下，親水表面（即那些容易與水分子結(jié)合的表面）更容易吸附油。

在疏水材料中，水與油接觸界面處的接觸角比親水介質(zhì)中的更大。這降低了界面處的毛細管壓降，但增加了流體粘度引起的壓差，進而增加了孔隙中流體的速度。孔隙中水流的加速導(dǎo)致更多的油溢出。

而在親水性材料中，在同樣的壓力條件下，由于孔隙中的流速相對較低，油被擠出的程度較差，導(dǎo)致大量的油殘留。

本研究超越了簡單的流體行為分析，為地下水中污染物的遷移和沉降提供了新的解釋框架。研究結(jié)果有望促進滲透式反應(yīng)墻（PRB）等污染防治設(shè)施的有效設(shè)計和運行，以控制軍事基地和加油站等地下水中常見的石油污染。

韓國科學技術(shù)研究院的 Jaeshik Chung 博士說：“地下水修復(fù)不僅僅是材料科學的問題，而是一種具有代表性的多物理現(xiàn)象，涉及流體流動和界面反應(yīng)的復(fù)雜相互作用。”

“這項研究不僅可以應(yīng)用于地下水修復(fù)，還可以應(yīng)用于多孔介質(zhì)中的各種不混溶置換過程，例如提高采收率（EOR）和碳捕獲與儲存（CCS）。”

韓國科學技術(shù)研究院的李承學博士表示：“這一成果表明，在某些條件下，地下流體的流動行為可能與現(xiàn)有的科學理論完全不同。這項研究為更精確地控制地下環(huán)境奠定了科學基礎(chǔ)。”

更多信息： Kyung-Jin Lee 等人，利用微流體實驗重新探討疏水性及其在油保留中的有效性，npj Clean Water (2025)。DOI ：10.1038/s41545-025-00458-2

期刊信息： npj Clean Water