超疏水/超親油功能化氧化石墨烯聚氨酯海綿的製備及其油水分離應用研究

Super-hydrophobic and super-lipophilic functionalized graphene oxide/polyurethane sponge applied for oil/water separation

孟慧雯，焦飛鵬， 顏韜，於金剛

（中南大學）

內容簡介

海洋佔據了地球約七成的面積，如此廣闊的面積中蘊含有豐富的資源，對人類社會的生存發展產生了重要影響。但隨著人對自然資源的過度攫取，海洋遭受了十分嚴重的污染。在眾多污染問題中，石油泄漏是一種危害特別大的污染，對環境影響十分惡劣。隨著溢油在海面上的溶解和漂浮擴散，污染面積將會越來越大，同時伴隨著光照和微生物，油類被逐步氧化或凝集成瀝青球，而產生溢出的毒性物質會隨著食物鏈積累富集最終危害整個生態圈直至人體健康，如何有效的治理油品泄露導致的水污染是一個亟待解決的全球性問題。目前解決油品污染的方法種類繁多，但是大多數方法都存在著成本高昂，步驟繁瑣，效率低下的問題。超疏水三維多空材料由於其具有極高的吸油容量，優異的油水分離效率，卓越的機械彈性成為了油水分離材料的研究熱點。但是，超疏水材料的在實際應用中受到一些局限，一是，這些材料的製備一般需要昂貴的原材料和精密的儀器，二是，製備過程比較複雜繁瑣，三是，這些材料的三維結構在實際的使用過程容易被破壞，重複使用性能一般。因此，如何製備出原材料廉價，過程簡單，吸油容量高，又具有卓越重複使用性能的三維多孔材料任是一項挑戰。本實驗致力於研究出一種價廉，簡單，環境友好的方法製備具有高吸油率，優異重複使用性能的超疏水/超親油三維多孔材料。

本實驗的主要研究內容為：採用改良的Hummers法合成氧化石墨烯，然後用正十二烷基三甲氧基硅烷修飾氧化石墨烯的表面。最後通過多次重複復浸泡-乾燥過程，將改性過後的氧化石墨烯負載在聚氨酯泡沫上，得到超疏水/超親油的三維多空材料，即FGP海綿。通過紅外光譜（FT-IR），X射線衍射（XRD），掃描電鏡（SEM）和水接觸角（WCA）對材料進行了表徵。經過觀察紅外光譜圖，XRD衍射圖和掃描電鏡圖可以知道，氧化石墨烯的表面成功的接枝上了硅烷偶聯劑，並均勻的附著到了聚氨酯海綿上，得到了類似於荷葉表面的結構和超疏水性能並且其水接觸角（WCA）為152±1o。本實驗還對其進行了吸收能力和重複利用能力的測試實驗。發現FGP海綿可以從水中去除多種油和有機溶劑，具有良好的吸收能力（高達自身重量的34倍）。且經過10次循環實驗後，FGP海綿對於油和有機溶劑的吸收能力仍然高達首次實驗的90％，這證明了它擁有良好的可重複利用能力。

本實驗製備的FGP海綿，原材料廉價，製備過程簡單，實驗條件溫和，適合大批量的工業生產。並且，製備出的材料具有較高地吸油率，良好的油水分離性能和重複使用性能。

這項研究可能為治理石油泄漏污染提供了一種簡單廉價的方式。

圖表導讀

通訊作者及團隊介紹

焦飛鵬，男，1974年12月生，黨員，博士，中南大學教授，博士生導師，化工系副系主任,中國工程教育認證專家、認證專家組秘書。主持國家自然科學基金項目4項、主持省自然科學基金項目2項、主持中國博士後科學基金面上項目1項、中國博士後科學基金特別資助項目1項、省博士後基金科技計劃項目1項；主持橫向課題4項。指導國家級大學生創新訓練項目共2項、 校級研究生自主探索創新項目共3項、本科生自主探索創新及創新訓練項目共6項。在Chem. Eng. Sci., Electrochimica Acta.等刊物上發表學術論文90餘篇，其中SCI收錄80餘篇。擔任國家自科基金化工口項目通訊評審專家、教育部學位辦通訊評議專家，擔任Chem. Eng. J等JCR一區期刊的審稿人。2013年-2014年借調教育部高教司期間，全面參與了國家級大學生創新創業訓練計劃的各項工作，同時參與組織了2014年部屬高校校外實踐教育基地的立項建設與規劃等工作。

焦飛鵬教授研究團隊形成於2015年，是一個年輕有活力的團隊。目前在研成員8人，其中包括博士生1人、碩士生7人。團隊的主要研究方向有：水滑石超分子材料的製備及光催化應用研究；油水分離工程；手性拆分功能。

全文鏈接(doi號):

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1004954117309461

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