據報道,中國林業研究院木材工業研究所王小青課題組在高彈木材海綿材料制備及其油水分離應用方面取得重要進展,相關研究成果以“Highly Compressible Wood Sponges with a Spring-like Lamellar Structure as Effective and Reusable Oil Absorbents”為題,在線發表于國際頂級期刊《ACS Nano》(影響因子13.709)。碩士研究生管浩為論文第一作者,王小青副研究員為通訊作者,木材工業研究所為論文獨立完成單位。 隨著生產生活中含油污水的大量排放以及海上原油泄漏事故的頻發,水中油污染已成為危害人類健康和環境安全的重大問題。如何實現高效的油水分離已成為亟待解決的難題。具有特殊表面潤濕性(如超疏水/親油)的多孔吸附材料可以快速有效的實現油水分離。目前,多孔吸油材料主要有合成高分子海綿(聚氨酯、聚苯乙烯)、納米碳基氣凝膠(石墨烯、碳納米管)、納米纖維素氣凝膠等。上述材料雖然吸油性能良好,但仍然存在生物降解性差,原材料價格昂貴,力學性能差等缺點。 為解決以上問題,王小青課題組以天然可再生木材為原料開發了一種新型的木材海綿吸附材料,用于油水分離。選用低密度輕木(90 mg/cm3)為原料,通過化學處理有序剝離出木材細胞壁中木質素和半纖維素,保留纖維素骨架,然后經冷凍干燥制備得到密度低、孔隙度高、具有層狀結構的木材海綿。為了使材料獲得疏水/親油性能,采用氣相沉積法在木材海綿纖維素骨架表面沉積聚硅氧烷涂層,賦予材料良好的疏水性能,并保留其原始的孔隙結構。最終得到的木材海綿材料具有高彈性能,經100次循環壓縮試驗,回彈率保持在99%。該材料吸油性能良好,最大吸油量可達自身重量的41倍,并且可以通過擠壓排油的方法回收吸附的油,經過多次擠壓吸油量基本保持。利用該材料的液體傳輸各向異性特性,課題組以木材海綿為過濾膜,設計了連續吸油裝置,實現了連續、高效油水分離。上述成果為制備新型木材基吸油材料提供了新思路,推動了木材這一天然可再生材料在油水分離中的應用。 |