中科院郑煜铭高效吸油电纺碳纳米纤维氧化石墨烯复合气凝胶

　　2017年6月，印度洋发生一起重大溢油事故，一艘载有5000多吨原油的油轮沉没，再次凸显了制定有效控制溢油事故的紧迫性。石油泄漏会严重影响人类和环境，到目前为止，已经开发了许多溢油修复技术，如油栅、撇油器、吸油剂、扩散、燃烧和生物降解等。与其他技术相比，物理吸附法被认为是最简单、最经济的方法，在应急处理中可以快速清除溢油，对环境的影响较小。然而，聚丙烯等工业吸油剂的吸油能力和选择性普遍较差。
　　许多研究者致力于设计具有高吸收率和高选择性的理想溢油吸附剂。其中，碳基气凝胶因其超低密度、高孔隙率而受到广泛关注。生物炭气凝胶(CAs)虽然相对便宜、环保，但往往具有较低的吸附能力和较差的机械强度。为了提高其机械强度，通常将单层石墨烯(具有独特的二维(2D)结构)加入CNT基气凝胶中。由于组装三维气凝胶结构需要较高的堆积密度，大量消耗碳纳米管和石墨烯显著增加了生产成本。目前，三维静电纺丝纳米纤维气凝胶的制备受到了广泛的关注，但制备过程繁琐，制备条件严格。因此，迫切需要一种更简便的方法来构建基于电纺纳米纤维的CAs。
　　近日，中科院城市环境研究所郑煜铭团队提出了一种液体辅助静电纺丝技术与冷冻干燥和热处理相结合的简便方法，制备了不需机械分散和化学交联的纳米碳纤维气凝胶(CNFAs)。实际上电纺聚丙烯腈(PAN)纳米纤维(NFs)在氧化石墨烯水溶液中直接收集，在电纺过程中PAN纳米纤维与氧化石墨烯薄片组装在一起，在微观尺度上形成开放的多孔网络结构，避免了繁琐的制备步骤(纳米纤维膜切割和交联)。氧化石墨烯(GO)分散在收集液中，收集到连续聚丙烯腈(PAN)电纺纳米纤维，可以显著提高CAs的机械强度。超轻碳纳米纤维/氧化石墨烯复合气凝胶(CNF/GOAs)在单轴压缩试验中表现出比CNFAs更大的压缩性能和更强的机械强度。经过疏水改性后，CNF/GOAs对多种油脂表现出较强的吸附能力。CNF/GOAs具有良好的阻燃性和可循环压缩性，可通过燃烧或机械挤压容易再生，在石油泄漏和有机溶剂泄漏治理中具有广阔的应用前景。相关研究成果以＂Facile synthesis of electrospun carbon nanofiber/graphene oxide composite aerogels for high efficiency oils absorption＂为题目发表于Environment International上。
　　图1 CNF/GOAs的主要制备过程示意图。
　　图2 分析了三维气凝胶结构的要求和制备过程中气凝胶的光学照片。
　　图3 探索三维CNF/GOAs中合适的氧化石墨烯:PAN质量比，以获得热处理后结构稳定的超轻气凝胶。
　　图4 CNFAs和CNF/GOAs的压缩力学性能试验，CNF/GOAs的微观结构。
　　图5 CNFAs、CNF/GOAs及通过PDMS气相沉积进行疏水改性的CNF/GOAs的化学结构。
　　图6 疏水性CNF/GOAs的吸油性能。
　　论文链接：https://doi.org/10.1016/j.envint.2019.04.019
　　链接地址：http://www.espun.cn/news/detail-788.html
　　文章来源：http://www.espun.cn/