题目：水相中基于超疏水多孔界面材料的甲烷收集与输运

甲烷(CH4)是一种强有力的温室气体，全球单分子温室效应为二氧化碳的25倍，其产生的温室效应占全球的4-9%。虽然大气中含有一定量的甲烷(约1.6ppm)，但自然界中，绝大多数甲烷以气体水合物的形式储存于海洋中。然而，随着海洋温度的升高，甲烷从深层的沉积层向上迁移，在海洋中产生大量的甲烷气泡，并最终溢出海面进入大气中，从而加剧温室效应，形成恶性循环。除此之外，人们在开采海底油气资源时所发生的管道泄漏事故，也会造成大量甲烷气体的释放。迄今为止，科研人员针对大气中甲烷的治理做了许多研究并提出了一些具体方案，大致可分为三类：光化学催化、微生物氧化和杂化固体多孔材料吸附。然而，上述方法仅限于大气中的甲烷治理，对于海洋中所释放的甲烷气体仅能在其进入大气后作为后处理。因此，如何在海洋中直接收集甲烷以防止其进入大气，并对其进行定向输运和储存，是一项急待解决的问题。本研究基于仿生超疏水界面材料的特殊浸润性能，提出将超疏水多孔界面材料应用于水相甲烷气泡的收集与输运，从而达到治理海洋甲烷污染的目的。本文采用浸涂(dip-coating)工艺，在聚氨酯多孔网状海绵表面制备了具有超疏水特性的疏水纳米粒子/聚合物复合涂层，使得聚氨酯多孔海绵呈现出空气中超疏水、水下超亲气的特性，并基于这种超疏水多孔材料构筑了水相甲烷气体的收集与输运系统。实验结果表明：利用扫描电子显微镜(scanning electron microscopy, 简称SEM)和计算机三维显微断层扫描(Three dimensional microscopically computed tomography, 简称Micro CT)对涂层的表面形貌和微观结构进行观测，发现采用配比适当的制备溶液通过浸涂工艺制备的涂层均匀地覆盖在海绵网状结构表面，且涂层表面呈微纳复合结构；此外通过模拟甲烷气泡吸附过程推算了单位体积的吸附材料水相中的甲烷储存量与深度的正相关关系，并通过实际测试验证了其正确性；同时通过压差点的引入，实现了水相中甲烷的选择性收集、稳定储存以及定向收集过程。