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。
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。
