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西拉姆院士、龙云泽教授团队在高效油水分离和原油吸附方面取得进展

日期:2022-04-19      来源:物理科学学院      作者:王君学     编辑:郭书君       阅读:1

新闻网讯 近年来,频繁的石油泄漏和有机污染物排放造成了越来越多的环境问题,高性能油水分离材料已引起广泛关注。而传统的吸油材料如商业海绵,泡沫等仅能对油水两相混合物进行分离,无法对粘稠原油进行吸附回收处理。此外,现有的功能改性海绵虽能实现原油的吸附回收,但受到一些限制,包括环境阻力低、循环性能差和吸收能力低等问题,难以满足高效和恶劣环境下的使用。气凝胶是一种典型的三维多孔材料,具有高的孔隙率、大的比表面积、低密度等特点,被认为是一种理想的石油吸附剂。而且,人们已经报道了很多制备气凝胶的方法,但是也存在机械和尺寸稳定性差导致吸油性能差的问题。在最近的研究中,研究人员将纳米纤维组装成3D结构,以增强结构稳定性并提高吸油能力。而且,用于构建功能性气凝胶的独特纳米结构具有优异的性能,例如可调节的润湿性、优异的机械能力、大的比表面积和高效合成等。

我校西拉姆院士、龙云泽教授团队针对在传统材料吸油能力低、重复性差、分离通量低、在恶劣环境下分离油水混合物和粘稠原油泄漏回收问题,设计了一种通过静电纺丝和冷冻干燥的方法制备了新型具有优异耐高温耐化学腐蚀性的聚偏氟乙烯/二氧化硅@氧化石墨烯(PVDF/SiO2@GO)纳米纤维气凝胶,用于高效油水分离和利用光热性能快速吸附原油。所得的气凝胶具有超轻(4.671 mg cm-3)、高孔隙率(99.77%)、高的疏水性(143.67 ± 1.2°)和优异的吸油能力(129-264 g g-1)、良好的阻燃性和可重复使用性。此外,该气凝胶具有优异的疏水亲油性能,可通过重力或泵驱动高效分离多种油水混合物,油/水分离通量达到42402 L m-2h-1,分离效率达到99.96%。经过5次分离循环后,仍能保持较高的分离通量和纯率。更重要的是,该气凝胶经过酸或碱处理后仍保持了高的疏水性和稳定的结构。此外,它还可以利用光热转化效应快速净化原油,加热后的气凝胶使原油吸收时间缩短了99.65%。这种新型的超轻多功能气凝胶为油污染废水净化和原油吸附应用提供了良好的候选材料。

硕士研究生王学艳和刘钟博士后是该论文共同第一作者,青年教师范婷婷和龙云泽教授是论文共同通讯作者。相关成果以“Ultralight and multifunctional PVDF/SiO2@GO nanofibrous aerogel for efficient harsh environmental oil-water separation and crude oil absorption”为题发表在国际知名期刊Carbon上(https://doi.org/10.1016/j.carbon.2022.03.028)。

该课题组最近关注新型纳米复合材料在海水淡化、油水分离、原油吸附等方面的应用,已发表多篇高水平论文:

Carbon, 193, 77-87 (2022),第一作者是研究生王学艳和刘钟博士后;

Carbon, 188, 265-275 (2022),第一作者是研究生关恒淑和青年教师范婷婷;Advanced Fiber Materials, (2022) DOI:10.1007/s42765-022-00158-3,第一作者是研究生苏影和青年教师范婷婷;

Composites Communications, 31, 101104 (2022)第一作者是研究生白皓炎和青年教师范婷婷;

Separation & Purification Technology, 274, 119098 (2021),第一作者是研究生苏影和青年教师范婷婷;

ACS Applied Materials & Interfaces, 13, 19377 (2021),第一作者是青年教师范婷婷和研究生苏影。



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