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。 近日,《ACS Nano》刊物在線發表了中國林業科學研究院木材工業研究所王小青副研究員的研究團隊,在高彈木材海綿材料制備及其油水分離應用方面取得的新進展。 研究證實,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,木材改性研究團隊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。 論文發表后,引起了眾多國際知名科技媒體的關注。Science網站以“看木制海綿如何吸附水面溢油”為題進行了專門介紹。報道指出,原油泄漏危害海洋生態環境,目前還沒有簡單有效的方法清理泄漏的原油,現在研究人員提出一種可能的解決方案——可重復使用的木材海綿吸油材料。 美國化學學會新聞周刊以“木材海綿從水中吸油”為題,并制作了宣傳視頻對該項工作進行重點報道和推薦。據悉,PressPac每周精選美國化學會出版的5項成果撰寫專題報道,并向世界范圍內的媒體推送。 此外,還有美國科學日報、美國物理學家組織、優瑞科、美國納米技術與納米科學網、蘇格蘭人日報等眾多國際科技和新聞媒體也予以關注和報道。 該研究得到了“十三五”國家重點研發計劃課題和國家自然科學基金的支持。 |