棉花纤维超疏水性油水分离材料研发成功
发布时间: 2024-08-02

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,该策略特定超疏水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。

另外,我国污水排放的环保执法力度已经从大型污染排放企业逐步涉及到食品加工和餐饮企业,油水分离的需求也越来越强烈。从新型功能材料的研制出发,通过吸附或分离的方式消除油水污染也逐渐成为热点。

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。

吾满江研究团队采用自制的高分子硅氧烷材料(即将申报专利),与棉花纤维进行室温下的浸泡,实现了棉花纤维的改性。初步改性后棉团水接触角>151°,接触角滞后<3°,经过优化反应条件后的改性棉纤维的接触角达到了171°,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171°,接触角滞后<3°,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240h接触角133°后其疏水性能仍能较好的保持;应用范围广、性能稳定性好(等数据进一步完善过后申报专利)。

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1200%。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。

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97%、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。

吾满江研究团队基于棉纤维表面改性制备了性能优异的超疏水多孔材料,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。