海上溢油和有機污染物的排放對生態(tài)系統(tǒng)和經(jīng)濟造成了重大危害。因此，迫切需要實施高效的油水分離，以減少由此造成的環(huán)境污染，促進資源恢復(fù)。目前，為解決溢油問題，油水分離材料已被深入開發(fā)。然而，分離材料的機械強度和分離效率是應(yīng)用中的挑戰(zhàn)，由于三維（3D）多孔材料吸附劑具有低表面能和高疏水性，在油水分離上具有獨特的優(yōu)勢。而木質(zhì)素具有獨特的芳香型結(jié)構(gòu)，因此基于靜電排斥，從而調(diào)控氣凝膠的層間間距，對增強材料的機械強度和分離效率具有重要意義。
近日，新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院李君副教授團隊在Chemical Engineering Journal發(fā)表了題為“Enhanced Separation Flux and Compressive Strength for Oil-Water Separation by Adding Sodium Lignosulphonate”的研究論文，研究了一系列木質(zhì)素納米顆粒/還原氧化石墨烯復(fù)合氣凝膠用于油水分離。這種經(jīng)濟、新型、高效和環(huán)保的油水分離材料在溢油處理方面具有很大的潛力。此外，這種設(shè)計概念涉及靜電排斥，并可能推廣到其他陰離子大分子，如海藻酸鈉、單寧酸和果膠。
在乙二胺（EDA）的作用下，以木質(zhì)素磺酸鈉納米顆粒（LSs）和氧化石墨烯（GO）為原料，一步制備出LSs/EDA/GO氣凝膠（LNGA）。采用三甲氧基甲基硅烷對LNGA進一步改性，以獲得高疏水性氣凝膠（MLNGA），并將其用于油水分離。用XPS、FT-IR和XRD技術(shù)對制備氣凝膠進行了化學(xué)和微觀結(jié)構(gòu)表征。通過X射線衍射（XRD）證明了LSs對改善還原氧化石墨烯的層間間距有著積極的作用，這有助于MLNGA獲得優(yōu)良的分離通量（四氯化碳/水，43209.71 L?m-2?h-1）；同時可提升其力學(xué)性能，MLNGA在80%的應(yīng)變下，可承受的應(yīng)變力提高到49.91 kPa。在連續(xù)油分離裝置上具有良好的分離效率（~99.12%）。由于LSs的加入，如此制備的MLNGA顯示出比還原氧化石墨烯氣凝膠和其它還原氧化石墨烯基氣凝膠高得多的分離通量和抗壓強度。這些結(jié)果表明，木質(zhì)素納米顆粒/還原氧化石墨烯氣凝膠在油水分離應(yīng)用中具有優(yōu)異的性能。
圖1. LNGA和MLNGA的制備示意圖。
圖2. （a）MLNGA吸附水中二氯甲烷圖像(油紅染色)；（b）MLNGA在水中吸附正己烷的圖像（油紅染色）；（c）MLNGA對二甲苯、正己烷、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、大豆油、菜籽油和二甲基硅油的吸收能力圖；（d）MLNGA重力連續(xù)分離圖像；（e）MLNGA重力連續(xù)分離示意圖；（f）MLNGA對二氯甲烷、氯仿和四氯化碳的分離通量和效率；（g）經(jīng)過10次循環(huán)分離，MLNGA回收四氯化碳；（h）分離10次后MLNGA對氯仿的回收率。
新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院2022級碩士研究生姜慧為第一作者，新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)李君副教授為通訊作者。本研究受到新疆維吾爾自治區(qū)自然科學(xué)基金（2022D01A175）、新疆天山英才青年拔尖人才計劃（2023TSYCCX0039）、天山創(chuàng)新團隊計劃（2023D14020）和新疆大學(xué)碳基能源化學(xué)與利用國家重點實驗室開放項目（KFKT2021001）的資助支持。
