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廣州大學郭興蓬教授團隊：基于加成反應構(gòu)筑超疏水木質(zhì)纖維材料用于油水分離

2021-09-27 16:18:06 作者：高分子科學前沿來源：高分子科學前沿分享至：

頻發(fā)的溢油事件和工業(yè)含油廢水排放造成了嚴重的生態(tài)污染和經(jīng)濟損失。超疏水\超親油材料以其優(yōu)異的斥水性和專一吸油性成為當前油水分離技術(shù)領(lǐng)域研究的熱點之一。但是目前報道的大部分油水分離材料是基于石油基產(chǎn)品，成本高昂、難以降解。木質(zhì)纖維因儲量豐富、來源廣泛、廉價易得、可持續(xù)，成為制造油水分離器件的理想材料。

近日，廣州大學郭興蓬教授團隊和華南理工大學王斌副研究員團隊合作以木質(zhì)纖維為原料，通過甲醛和三聚氰胺縮合在木質(zhì)纖維表面成功構(gòu)造微納球形結(jié)構(gòu)，再與異硫氰酸酯化合物發(fā)生加成反應進行疏水修飾，由此構(gòu)筑出具有超疏水\超親油的木質(zhì)纖維油水分離材料。所使用到的密胺樹脂和木質(zhì)纖維均是來源豐富且可降解的材料，同時，含有密胺樹脂的木質(zhì)纖維堆肥能夠為植物生長提供所需的養(yǎng)料，并且沒有任何毒害作用（J. Hazard. Mater., 2012, 243, 28；Environ. Pollut., 2012, 162, 129. ）。

圖1 甲醛、三聚氰胺和異硫氰酸酯在木質(zhì)纖維表面超疏水改性的化學反應路徑

微觀形貌測試表明，原始的木質(zhì)纖維表面相對光滑，能觀察到纖維表面的褶皺，而使用密胺樹脂超疏水涂層改性的木質(zhì)纖維表面包含大量的微納球形結(jié)構(gòu)，元素分布測試表明超疏水木質(zhì)纖維表面含有少量氟元素，這說明異硫氰酸酯化合物成功與表面的氨基發(fā)生加成發(fā)生。

圖2 材料表面微觀形貌表征

經(jīng)過異硫氰酸酯疏水改性后，木質(zhì)纖維表現(xiàn)出較低的水滴粘附力和超親油性。改性木質(zhì)纖維浸泡在二氧化錳、泥水、亞甲基藍和高錳酸鉀水溶液中取出表面未被沾染，展現(xiàn)出良好的抗污性能。

圖3 超疏水木質(zhì)纖維抗污性能測試

同時，超疏水改性的木質(zhì)纖維展現(xiàn)出超親油特性，能夠吸收上層油相、下層油相和浮油，對石油醚、機油、二氯甲烷等具有較強的吸附能力，吸收容量>1000%，過濾分離效率>96%。經(jīng)過50次的循環(huán)分離后依然維持超疏水特性，能夠滿足多種場景的含油廢水和溢油處理應用，適應性廣泛。

圖4 各類油污的高效吸附和過濾分離

總結(jié)

郭興蓬教授團隊基于木質(zhì)纖維表面改性制備了性能優(yōu)異的超疏水/超親油油水分離材料，該材料制備方法簡單、成本低廉，能夠滿足油水混合物的高效吸收分離和過濾分離應用需求，適用于多種含油廢水處理場景。同時，該材料所使用的化學品能夠被降解，用作堆肥制作為植物生長提供養(yǎng)分，在處理溢油污染中有著巨大的應用潛力。相關(guān)工作已經(jīng)發(fā)表于Separation and Purification Technology, 2021, 279, 119737。廣州大學師資博士后康磊博士是論文第一作者，廣州大學廖伯凱副教授和華南理工大學王斌副研究員為論文共同通訊作者。

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