5月21日,記者了解到,中國(guó)科學(xué)院城市環(huán)境研究所城市污染物轉(zhuǎn)化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室鄭煜銘研究團(tuán)隊(duì)利用新型靜電紡-支撐體分散液接收技術(shù),以界面化學(xué)相關(guān)理論為基礎(chǔ),開發(fā)出了一種性能優(yōu)異的碳納米纖維/氧化石墨烯復(fù)合氣凝膠(CNF/GOAs)。CNF/GOAs展現(xiàn)出高吸油容量(自重的120-286倍),其內(nèi)部為一維碳納米纖維與二維氧化石墨烯片層組裝形成開孔網(wǎng)絡(luò),具有優(yōu)異的機(jī)械性能,可通過直接燃燒或機(jī)械擠壓的方式循環(huán)利用。該研究為提高水中油污處理效率提供了新材料,也為三維納米纖維微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與調(diào)控提供了新思路。

2017年6月,印度洋發(fā)生一起重大溢油事故,一艘載有5000多噸原油的油輪沉沒,再次凸顯了制定有效控制溢油事故的緊迫性。石油泄漏會(huì)嚴(yán)重影響人類和環(huán)境,到目前為止,已經(jīng)開發(fā)了許多溢油修復(fù)技術(shù),如油柵、撇油器、吸油劑、擴(kuò)散、燃燒和生物降解等。與其他技術(shù)相比,物理吸附法被認(rèn)為是最簡(jiǎn)單、最經(jīng)濟(jì)的方法,在應(yīng)急處理中可以快速清除溢油,對(duì)環(huán)境的影響較小。然而,聚丙烯等工業(yè)吸油劑的吸油能力和選擇性普遍較差。

許多研究者致力于設(shè)計(jì)具有高吸收率和高選擇性的理想溢油吸附劑。其中,碳基氣凝膠因其超低密度、高孔隙率而受到廣泛關(guān)注。生物炭氣凝膠(CAs)雖然相對(duì)便宜、環(huán)保,但往往具有較低的吸附能力和較差的機(jī)械強(qiáng)度。為了提高其機(jī)械強(qiáng)度,通常將單層石墨烯(具有獨(dú)特的二維(2D)結(jié)構(gòu))加入CNT基氣凝膠中。由于組裝三維氣凝膠結(jié)構(gòu)需要較高的堆積密度,大量消耗碳納米管和石墨烯顯著增加了生產(chǎn)成本。目前,三維靜電紡絲納米纖維氣凝膠的制備受到了廣泛的關(guān)注,但制備過程繁瑣,制備條件嚴(yán)格。因此,迫切需要一種更簡(jiǎn)便的方法來(lái)構(gòu)建基于電紡納米纖維的CAs。

石油化工是我國(guó)重要的支柱型產(chǎn)業(yè),在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著重要作用;但是在石油開采、運(yùn)輸、煉制等過程中引發(fā)的溢油事故會(huì)給水生態(tài)環(huán)境以及人類健康帶來(lái)嚴(yán)重危害;溢油事故的主要處理方法中物理吸收法因其操作簡(jiǎn)單、二次污染小、能快速轉(zhuǎn)移水面油污等優(yōu)勢(shì),已得到廣泛應(yīng)用;但目前使用商用吸油氈存在吸收容量較低、選擇性較差、不易回收等不足;因此,開發(fā)具有高吸收容量和可再生使用的吸油材料有重要意義。

石油污染將嚴(yán)重影響水環(huán)境的健康,有必要設(shè)計(jì)具有較大吸收能力和高選擇性的理想吸油劑來(lái)有效凈化受污染的水。為吸收石油而制備高性能的碳?xì)饽z已引起越來(lái)越多的關(guān)注,但挑戰(zhàn)依然存在。本文介紹了一種簡(jiǎn)單的機(jī)械強(qiáng)度增強(qiáng)三維(3d)納米纖維氣凝膠的制備方法,主要是通過支持劑液體輔助收集-電紡技術(shù),根據(jù)液-固界面理論,采用浸漬法測(cè)量納米纖維的浸漬能力。尤其是電紡聚丙烯腈(pan)納米纖維(nfs)直接收集在石墨烯氧化物(go)水分散體中,在電紡過程中連續(xù)的纖維骨架與二維(2d)go片組裝在一起形成開放的多孔網(wǎng)絡(luò),基本上避免了以前使用的繁瑣的制備步驟(納米纖維膜切割和再交聯(lián))。由于開放的多孔網(wǎng)絡(luò)保證了氣凝膠的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,氣凝膠堆積過程中所需的進(jìn)料量大大降低,在后續(xù)的冷凍干燥過程中對(duì)預(yù)凍溫度和預(yù)凍方式?jīng)]有嚴(yán)格的要求。此外,在熱處理pan nf/go復(fù)合氣凝膠之后,獲得了蓬松的碳納米纖維/go氣凝膠(cnf/goas),顯示出超低密度(2-3mg/ml)和極大的壓縮性(80%)。在蒸汽沉積對(duì)聚二甲基硅氧烷進(jìn)行疏水性改性后,CNF/goas對(duì)多種油具有較高的吸收能力(120–286 wt/wt)。由于防火性能好,彈性大,只需通過燃燒或機(jī)械擠壓即可回收,經(jīng)過10個(gè)循環(huán)仍具有較大的吸收能力,可大規(guī)模應(yīng)用。

中科院開發(fā)新型氣凝膠 為提高水中油污處理效率提供新材料

相關(guān)研究成果以Facile synthesis of electrospun carbon nanofiber/graphene oxide composite aerogels for high efficiency oils absorption 為題發(fā)表于Environment International, 128, 37-45。城市環(huán)境所碩士生林英正為第一作者,研究員鄭煜銘為通訊作者。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(51578525)的資助。

中科院開發(fā)新型氣凝膠 為提高水中油污處理效率提供新材料

微信
微信
電話 QQ
返回頂部