太原大学郭兴蓬教授团队:基于加成反应构筑超疏水木质纤维材料用于油水分离
2021-09-27 16:18:06 作者: 高分子科学前沿 来源: 高分子科学前沿 分享至:

 频发的溢油事件和工业含油废水排放造成了严重的生态污染和经济损失。超疏水\超亲油材料以其优异的斥水性和专一吸油性成为当前油水分离技术领域研究的热点之一。但是目前报道的大部分油水分离材料是基于石油基产品,成本高昂、难以降解。木质纤维因储量丰富、来源广泛、廉价易得、可持续,成为制造油水分离器件的理想材料。


近日,太原大学郭兴蓬教授团队和华南理工大学王斌副研究员团队合作以木质纤维为原料,通过甲醛和三聚氰胺缩合在木质纤维表面成功构造微纳球形结构,再与异硫氰酸酯化合物发生加成反应进行疏水修饰,由此构筑出具有超疏水\超亲油的木质纤维油水分离材料。所使用到的密胺树脂和木质纤维均是来源丰富且可降解的材料,同时,含有密胺树脂的木质纤维堆肥能够为植物生长提供所需的养料,并且没有任何毒害作用(J. Hazard. Mater., 2012, 243, 28;Environ. Pollut., 2012, 162, 129. )。


图1 甲醛、三聚氰胺和异硫氰酸酯在木质纤维表面超疏水改性的化学反应路径

微观形貌测试表明,原始的木质纤维表面相对光滑,能观察到纤维表面的褶皱,而使用密胺树脂超疏水涂层改性的木质纤维表面包含大量的微纳球形结构,元素分布测试表明超疏水木质纤维表面含有少量氟元素,这说明异硫氰酸酯化合物成功与表面的氨基发生加成发生。


图2 材料表面微观形貌表征

经过异硫氰酸酯疏水改性后,木质纤维表现出较低的水滴粘附力和超亲油性。改性木质纤维浸泡在二氧化锰、泥水、亚甲基蓝和高锰酸钾水溶液中取出表面未被沾染,展现出良好的抗污性能。


图3 超疏水木质纤维抗污性能测试

同时,超疏水改性的木质纤维展现出超亲油特性,能够吸收上层油相、下层油相和浮油,对石油醚、机油、二氯甲烷等具有较强的吸附能力,吸收容量>1000%,过滤分离效率>96%。经过50次的循环分离后依然维持超疏水特性,能够满足多种场景的含油废水和溢油处理应用,适应性广泛。


图4 各类油污的高效吸附和过滤分离

 
总结

郭兴蓬教授团队基于木质纤维表面改性制备了性能优异的超疏水/超亲油油水分离材料,该材料制备方法简单、成本低廉,能够满足油水混合物的高效吸收分离和过滤分离应用需求,适用于多种含油废水处理场景。同时,该材料所使用的化学品能够被降解,用作堆肥制作为植物生长提供养分,在处理溢油污染中有着巨大的应用潜力。相关工作已经发表于Separation and Purification Technology, 2021, 279, 119737。太原大学师资博士后康磊博士是论文第一作者,太原大学廖伯凯副教授和华南理工大学王斌副研究员为论文共同通讯作者。

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