水体油污染日益严重,疏水亲油材料能有效地从油水混合物中选择性吸收油分,将其用于油污染的清除和油分回收具有明显优势。本文首先用疏水纳米SiO₂颗粒和PDMS对天然木棉纤维改性得到三种改性木棉纤维,对比研究了天然及改性木棉纤维的微观表面结构和疏水亲油性能。将疏水亲油性的天然木棉压制成纤维模块,在自行设计的实验装置上实现了水面浮油和水中分散油的连续式回收,分析了疏水亲油纤维模块用于连续式油分回收的原理,建立了收油物理模型,通过系统实验研究揭示了纤维模块特性和操作条件对收油性能的影响。本研究对油水分离及油分回收新技术的开发具有一定指导价值。天然木棉纤维改性研究结果表明,材料的表面能和微观结构均影响其疏水亲油性;疏水纳米SiO₂改性木棉纤维的疏水性最好,但改性结构最不稳定,PDMS-SiO₂改性木棉的疏水亲油性较天然木棉有一定程度的改善,PDMS改性木棉的疏水性与天然木棉相近。增大纤维束的装填密度可提升毛细力,但减小了纤维束的渗透率。PDMS-SiO₂改性木棉纤维束吸附正己烷和液压油达到平衡所需时间分别约为30s和2100s。浮油回收研究结果表明,驱动压力低于穿透压力时,只有油相源源不断地透过纤维模块而被回收;驱动压力增大后,气相和水相依次开始透过纤维模块。驱动压力为4.0kPa时的油通量为3.0ml×s^-1,其对油通量的影响遵循Darcy’s law。减小纤维模块的孔隙率虽可提高穿透压力从而阻止水相透过纤维模块,但油通量会因纤维模块的渗透率降低而下降。增加油层厚度可提高油通量。高粘度的油会破坏纤维模块的孔隙结构而显著降低收油效率。赋予材料优异的疏水亲油性、小孔径和高孔隙率可显著提升疏水亲油材料收油系统的油回收效率。分散油回收研究结果表明,驱动压力略低于穿透压力时的收集液的含油率高达98.5%。纤维模块从油水混合物中捕集并回收油分的过程可分为纤维模块的油相吸附阶段和液体在纤维模块内的输运阶段;纤维模块对油水两相的不同毛细力和油滴在纤维模块底端的预聚结共同促进了收集液的油相富集;油水混合物的剧烈湍动不利于油分的捕集。驱动压力、纤维模块孔隙率及厚度分别对收油率和油相富集率呈现出相反的影响趋势,收油率和油相富集率很难同时达到最优值,收油率最大为81.8%时的油相富集率为706%;油相富集率最大为3139%时的收油率为28.0%。油水混合物的初始含油率超过6.0%时,收集液的含油率超过95.0%,初始含油率为8.0%时的油通量为109.4 kg×m^-2×h^-1。