棉花也是油水分离材料,吸附、过滤都可用

2017-12-25 09:24:37 防雾剂,织物疏水疏油整理剂 阅读

原油开采、运输及加工环节发生的油泄露污染,是当前全球范围内水污染治理面临的严峻问题。2010年发生在美国墨西哥湾的原油泄漏事件,是美国历史上“最严重的一次”漏油事故,除了巨额经济损失,还造成了毁灭性的环境和生态灾难。

传统的油污染处理方法,如采用化学试剂驱散、焚烧、撇油器收集等,不仅费时耗能,还带来二次污染问题,已经逐步被淘汰。但是,引起油污染的有机物不仅包括漂浮在水面的轻油、沉积重油,还包括多种多样的含油乳液,这使得开发简便、高效、低成本的油污染处理策略面临着诸多难题和挑战。基于仿生策略开发的超疏水/亲油或超疏油/亲水材料,通过过滤能够有效的实现油水分离,成为油污染治理领域的研究热点。但是,该策略特定超疏材料往往只能选择性的处理单一种类有机污染物,而且不适用于海面石油泄漏等大面积油污染的处理。

多孔吸油材料作为过滤油水分离材料的有效补充,使得油污染处理高效、简捷,不过目前该类材料还面临着材料性能稳定性、制备成本以及多功能性等问题。近日,印度理工学院瓜哈提分院IITG)的Uttam Manna研究团队以天然棉纤维为基材,通过分枝状聚乙烯亚胺BPEI)和二季戊四醇五/六丙烯酸酯5Acl)表面改性后,再与十八烷胺ODA)发生1,4-共轭加成反应进行疏水性修饰,构筑了具有超疏水/超亲油的三维油水分离材料。值得一提的是,该团队曾利用这种策略将聚氨酯(PU)纤维制备成可拉伸超耐用超疏水材料(J. Mater. Chem. A20175, 15208),这次他们将目光放在了来源更丰富、成本更低廉、环境更友好的棉纤维上。所得材料可同时用于不同种类(重油、轻油)油的高效吸附分离和过滤分离,还可保持不同使用情景和环境下的性能稳定性。

基于表面改性制备三维超疏水/超亲油多孔材料。图片来源:J. Mater. Chem. A

基于表面改性制备三维超疏水/超亲油多孔材料。图片来源:J. Mater. Chem. A

场发射扫描电镜(FESEM)测试表明,棉纤维表面较为光滑,经过BPEI表面改性后表面呈多孔状。傅里叶变换红外光谱(FTIR)表征表明BPEI表面改性后纤维表面仍残存一定量丙烯酸酯官能团,能够与胺在温和条件下进行1,4-共轭加成反应,无需催化剂。

材料表面形貌及1,4-共轭加成反应表征。图片来源:J. Mater. Chem. A

材料表面形貌及1,4-共轭加成反应表征。图片来源:J. Mater. Chem. A

经过十八烷胺疏水改性后,棉团水接触角>155°,接触角滞后<10°,呈现出优异的超疏水特性。该超疏水材料能够耐受较大的拉伸形变,在80%拉伸形变下水接触角仍高于150°,接触角滞后<10°,而且循环拉伸1000次其疏水性能基本保持不变。该材料对河水、海水以及酸碱溶液都呈现优异的超疏水性能,甚至在UV曝光240 h后其疏水性能仍能较好的保持;应用范围广、性能稳定性好。

材料超疏水及性能稳定性考察。图片来源:J. Mater. Chem. A

材料超疏水及性能稳定性考察。图片来源:J. Mater. Chem. A

同时,该改性棉纤维材料呈现出超亲油特性,对菜籽油、机油、硅油、氯仿、二氯甲烷等具有较强的吸附能力,吸附分离效率高于95%,吸附容量高达2000%。而且,通过简便挤压能够进行吸附油分离/收集,在开阔水面各类油污染物的高效吸附分离应用方面具有极大的应用前景。

水面各类油污染物的高效吸附分离。图片来源:J. Mater. Chem. A

水面各类油污染物的高效吸附分离。图片来源:J. Mater. Chem. A

该改性棉纤维材料吸油及挤压分离。图片来源:J. Mater. Chem. A

该改性棉纤维材料吸油及挤压分离。图片来源:J. Mater. Chem. A

此外,该材料同样也可用于油水混合物、含有乳液的高效过滤分离,其分离效率高于95%、循环使用稳定性良好,能够满足工业污水处理等不同场合和情景下的油污染处理应用,普适性较强。

基于过滤进行高效油水分离。图片来源:J. Mater. Chem. A

基于过滤进行高效油水分离。图片来源:J. Mater. Chem. A

Uttam Manna研究团队基于棉纤维表面改性制备了性能优异的超疏水/超亲油多孔材料,该材料制备方法简便、成本较低,能够同时满足油水高效吸附分离及过滤分离应用需求,适用于不同的油污染处理场所。同时,该材料优异的耐酸碱稳定性、形变耐受性、耐紫外性和较高的分离效率,使其在不同水质油污染处理以及海面等长时间、大范围油污染处理应用中有着巨大的应用潜力。

(文章来源: X一MOL资讯 科学网科学网转载仅供参考学习及传递有用信息,版权归原作者所有,如侵犯权益,请联系删除)