普通棉花变身碳纤维溶胶:一种新型的高效可再生石油及有机溶剂吸附剂

作者:李泽华, 同济大学环境科学与工程学院 

 

随着人们对于石油需求的不断上涨,石油开采事业的不断壮大,海上石油泄漏事故频现各国。石油泄漏被称为海洋环境的超级杀手,一次石油泄漏可带来的经济损失也许我们还能估计,然而由此带来的生态伤害却是人们无法估量的。尽管目前人们已经研究出了多种应对方法用以处理泄漏的海上石油,如就地焚烧,阻油栅圈阻拦以及如活性炭、分子筛、膨胀珍珠岩等吸附剂吸附,然而这些方法要么处理效果不佳,要么可能引发二次污染。因而,对泄漏的石油的清理目前依旧是个令人头疼的问题,如何最大程度的减轻残留的石油给海洋环境带来的影响仍将是相关工作者们不断探究的方向。

近期,东南大学电子科学与工程学院及新加坡南洋理工大学材料科学学院两研究团队合作研究出了一种新型质轻疏水性碳纤维溶胶,该材料对油类及有机溶剂的吸附效果显著,有望给海上石油清理工作者们带来福音

这种新型的碳纤维溶胶(图b)取材于天然的棉花,将处理好的天然棉花在800℃的氩气环境中煅烧2h后制得。其不仅保留了棉花(图a)固有的纤维状结构,还克服了棉花本身的吸水特性及力学弱性,图c和d都很好的显示出制备出的碳纤维溶胶良好的疏水性能,这为该材料用于分离水体中的油脂类物质提供了很好的先决条件。相较于其他的一些溶胶材料,该材料的制备方法简单易行,制作原料价廉易取,展示了其工业化生产及应用的巨大潜力。

两合作研究团队通过对该材料对商业石油、油脂、酮类物质以及甲苯、乙醇和丙酮这三种常见有机溶剂的吸附测试,通过对比吸附前后材料的质量变化,证实了该材料优异的吸附性能。从下图(图e)结果可以看出,该材料对测试液体的吸附量达到了其自身质量的50~192倍,这远远超出了先前报道的许多吸附材料,如羊毛制成的无纺材料(9-15倍),聚合物(5~25倍),纳米线膜(4~20倍),海绵状石墨烯(20~86倍)以及负载硼的海绵石墨烯(25~125倍)。

除了优异的吸附性能,该石墨溶胶还表现出很好的可再生性能。研究者们通过蒸馏、燃烧和挤压三种方式对吸附了不同物质的石墨溶胶进行再生,结果显示,经上述三种方式再生5次后,材料的吸附性能仅仅只下降了3.7%。即便是经过蒸馏和燃烧,材料依旧保持着完好的三维网状结构。

该碳纤维溶胶凭借着经济、高效、安全等优势,不仅展现出其应用于环境及海洋保护领域的巨大潜质,同时,未来还可能将其应用于如超级电容、锂电池等储能设备中的三维电极材料以及一些功能性材料的基体物质。