高效清洁油污？海南大学研发超疏水石墨烯基高弹性海绵可以帮你！

成果简介

溢油事故频发，且往往伴随着化学腐蚀性和复杂的作业环境，因此迫切需要能够高效吸油且性能稳定的新型吸油材料。本文，海南大学高助威 副教授团队在《Chemical Engineering Journal》期刊发表名为“Super-hydrophobic graphene-based high elastic sponge with superior photothermal effect for efficient cleaning of oil contamination”的论文，研究提出报道了一种经硅烷接枝改性的还原氧化石墨烯包覆三聚氰胺海绵（F-rGO@MF），它具有优异的超疏水/超亲油表面性能（WCA 达 157.7°），对多种油类具有较高的吸收能力（58.7-147.8g/g），并可进行多次吸收循环。

油水混合物的分离效率高达99.32%，分离80次后分离效率仍可达 97.48%。该吸收剂还能通过蠕动泵连续分离油水。此外，F-rGO@MF 在强腐蚀环境下仍能保持漂浮性和化学稳定性。更重要的是，由于 rGO 的光热特性，在1.0 kw/m2 的光照强度下，F-rGO@MF 的表面温度可在 225 秒内迅速升至101 ℃，这有助于降低原油的粘度，并在7分钟内吸收了14.75克原油，为吸附高粘度溢油提供了可能。

图文导读

图1.目标海绵的生产过程（F-rGO@MF）和太阳能供电的自热海绵介导的原油泄漏清洁技术示意图。

图2.（a） 不同浓度的MF、rGO@MF和F-rGO@MF的SEM图像;（b） EDS扫描F-rGO@MF地图;（c） F-rGO@MF各元素含量分析图。

图3.（a） FAS-17在还原氧化石墨烯上的共价接枝机理图;（b） MF、rGO@MF和F-rGO@MF的傅里叶变换红外光谱;（c） XPS全系列rGO@MF和F-rGO@MF;（d） rGO@MF和F-rGO@MF的拉曼光谱;（e） rGO@MF和F-rGO@MF的水接触角;（f） F-rGO@MF表面水接触角随FAS-17含量的变化;（g） MF和F-rGO@MF的压缩应变力曲线。

图4.F-rGO@MF吸收轻油（a）和重油（b）的光学图像;（c） 氟rGO@MF对不同油的流产能力;（d） 氟rGO@MF吸收能力随油密度的变化趋势;（e） F-rGO@MF对橄榄油的吸收能力随吸收循环次数的变化;（g） 不同油的F-rGO@MF吸收能力随吸收循环次数的变化。

图5、油/水分离

图6.（a） F-rGO@MF表面自清洁过程的光学图像;（b） F-rGO@MF浸入不同pH溶液后的油水分离效率;（c） F-rGO@MF表面不同种类液体污染物的接触角;（d） F-rGO@MF在不同种类液体表面的漂浮稳定性。

图7.（a） 使用F-rGO@MF从水面连续收集重油;（b） F-rGO@MF原油的光热吸收机理。

小结

综上所述，通过简单的浸涂法和化学改性，成功制备了一种具有优异光热转化性能的高效吸附剂。F-rGO@MF 表面的水接触角可达 157.7°，对多种油类具有较高的吸收饱和容量（58.7-147.8 g/g）和较高的分离效率（99.32%），并可对油类进行连续和循环吸收/过滤分离。该吸收剂具有表面自洁性和耐腐蚀性，并能在化学腐蚀环境中保持良好的漂浮稳定性和化学稳定性。F-rGO@MF 表面的光热特性可使其在短时间内（低于 1.0 kw/m2）加热至 101 ℃，从而有效降低原油粘度，从而可通过蠕动泵连续吸收和分离原油。它在近海溢油回收和化学腐蚀环境中的工业应用方面具有巨大潜力。

文献：

https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.146317