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暨南大学刘明贤教授课题组ACS AMI:聚硅氧烷改性埃洛石纳米管涂覆的高效超疏水聚氨酯泡沫
2019-07-06  来源:中国聚合物网

  勘探,生产,精炼和运输过程中的石油泄漏难以控制,这对环境会造成灾难性的破坏。石油污染对海鸟和其他海洋生物构成了巨大的威胁。泄漏的油污可能通过食用的鱼类和贝类富集在人类体内,并且会污染地下水。因此,需要新的有效解决策略来解决一直存在的土壤和海洋污染问题。

  近日,暨南大学刘明贤教授团队与美国路易斯安那理工大学的Yuri Lvov教授合作,在ACS Applied Materials & Interfaces上发表题为“Superhydrophobic Polyurethane Foam Coated with Polysiloxane-Modified Clay Nanotubes for Efficient and Recyclable Oil Absorption”的研究文章。刘明贤教授Yuri Lvov是该文共同通讯作者,硕士研究生吴帆为第一作者。

  超疏水聚氨酯泡沫(POS@HNT-PUF)通过埃洛石纳米管(HNTs)的表面涂覆制备。首先用十六烷基三甲氧基硅烷对HNTs进行表面接枝改性,然后通过浸涂法将接枝改性后的HNTs组装在聚氨酯泡沫上。该处理使得改性后PUF的水接触角高于150°。改性泡沫可以高选择性地吸收油和有机溶剂,同时表现出良好的可重复使用性。这种疏水性纳米管涂层还增强了PUF的阻燃性,改性泡沫将自熄并且保持较大的完整性。通过用天然粘土纳米管涂覆制备疏水性和阻燃性PUF的方法是一种简单的方法,并且在油水分离中具有潜在的应用。

图1。 POS@HNTs涂覆聚氨酯泡沫的制备示意图

  接枝改性后的HNTs极大地改善了聚氨酯泡沫的吸油能力。POS@HNTs-PUF具有优异的亲油特性,可以轻松地吸收水面下方或上方的油滴(当用镊子将泡沫浸入水中时)。由于水和疏水泡沫之间夹有气泡层,超疏水/超亲油泡沫具有很强的反射性。改性泡沫具有良好的柔韧性,通过轻轻挤压泡沫可轻松除去油(图2)。改性泡沫在氯仿中可吸收其自身重量的105倍。由于油的密度,粘度和其他性质的差异,它对不同的油或有机试剂具有不同的吸收能力。例如,氯仿的密度相对较高,因此改性泡沫吸收的量较大。甲醇不是很稠密,因此吸收的量较小。在疏水性泡沫重复使用10次后,泡沫的吸收能力没有显着变化,这表明其具有优异的可重复使用性。

图2。 POS@HNT-PUF的吸油性能。去除水面上的植物油(A); 类似地,从烧杯底部吸收氯仿(B)。用手指压缩/挤出从泡沫中回收吸收的油(植物油和氯仿用红色染料染色观察)(C)。POS@HNT-PUF对不同类型油的吸收能力(D)。植物油的循环泡沫吸收 - 挤压曲线(E)。

  用于油水分离的泡沫的缺点是它们的吸收能力有限,这需要在清洁大面积溢油期间使用和运输大量的吸油泡沫。将设计的疏水泡沫连接到真空泵可以快速吸收水表面的油。为了模拟海上溢油的处理,他们将一个连接真空的针插入疏水泡沫中,并成功地从水面吸取油(图3)。在真空泵启动后,由于压力差,将植物油从泡沫中拉出到注射器中。植物油不断被吸收到POS@HNTs-PUF中,使水表面清洁,然后被吸入注射器中。该结果说明了POS@HNTs-PUF用于海洋石油泄漏修复的潜力。

图3. 使用收集装置从水面连续分离红色植物油。

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