青岛大学《ACS AMI》：石墨烯/PPS纤维膜，用于大规模油污废水净化和原油吸附

1、成果简介

清除含油废水和原油泄漏是一项全球性挑战。传统的膜材料在苛刻的条件下油/水分离效率低下，并且由于原油的高粘度而受到吸附速度的限制。本文，青岛大学龙云泽教授团队在《ACS Appl. Mater. Interfaces》期刊发表名为“Robust Graphene@PPS Fibrous Membrane for Harsh Environmental Oil/Water Separation and All-Weather Cleanup of Crude Oil Spill by Joule Heat and Photothermal Effect”的论文，研究提出一种石墨烯包裹的聚苯硫醚纤维膜，该膜具有优异的耐化学性和疏水性，可实现全天候高效油水分离和快速吸附原油。石墨烯氧化（rGO）@聚苯硫醚（PPS）纤维膜可在焦耳加热和太阳能加热的各种恶劣条件下使用。

另外，还研究了油（原油）/水的分离通量rGO @ PPS达到12 903lm-2h-1，分离效率达99.99％。经过10次循环后rGO @ PPS仍具有较高的分离通量和过滤效率。更重要的是RGO @ PPS经酸，碱处理后，仍保持了较高的电导率，优良的过滤效率和稳定的疏水性。而且RGO @ PPS白天可利用太阳能加热吸收稠密的原油，晚上可利用焦耳加热吸收原油。焦耳加热和太阳能加热粉碎原油吸附时间分别改变98.6％和97.3％。这种全天候利用大大提高了吸附效率，有效降低了能耗。

2、图文导读

图1.（a）制备过程示意图，（b）大规模生产rGO @ PPS纤维膜

图2.沉积了不同时间的原始PPS膜和rGO @ PPS复合膜的SEM图像

图3.（a）M-0，M-8’和M-8的FTIR光谱。（b）M-0，M-8’和M-8的XPS光谱。（c）M-2，M-4，M-6，M-8和M-10的XPS检测光谱。

图4.（a）M-0，M-8’和M-8的大尺寸膜。（b）M-8的导电性能好，尺寸约为2×2.5 cm 2（施加的电压为5 V）。（c）在有或没有施加8 V电压的情况下，M-8（2×2.5 cm 2）上的原油（〜300 mg）的吸附行为（d）约300 mg（〜300 mg）的原油的吸附行为）在模拟太阳辐射下（焦耳加热的M-8持续120 s和太阳加热的M-8持续240 s的温度）在M-0和M-8（2×2.5 cm 2）的表面上的温度为108和72°C

图5. rGO @ PPS膜全天候吸附原油的示意图。该膜通过太阳热和焦耳热加热，以降低原油的粘度并实现全天候运行。

图6.（a）重油和（b）轻油的油/水分离过程。（c）甲苯/强酸溶液（HCl，pH = 1）和甲苯/强碱溶液（NaOH，pH = 11）的分离过程。

小结

总之，通过一种简单的方法将rGO沉积在PPS纤维膜上，并制备了具有优异的疏水性和亲脂性的新型rGO @ PPS膜。这种新型膜可在任何天气下通过焦耳加热和太阳能加热迅速吸收高粘度原油泄漏物。此外，这种简单而通用的新型膜为大规模的油污废水净化和原油吸附应用提供了一个很好的选择。

团队名称：纳米纤维与纳米纺丝创新团队

研究方向：新型静电纺丝技术、功能纳米纤维及其在生物医学、纺织材料、纳米器件等方面的应用。

研究成果简介：近年来该团队在Prog. Polym. Sci.、Chem. Soc. Rev.、Nature Commun.、Chem. Mater.、ACS Nano、Nanoscale等期刊上发表SCI/EI论文150余篇（其中影响因子大于27的论文3篇，入选ESI数据库高被引论文3篇），参编英文专著7本，申请国家专利100项（其中授权40余项、转让/转化6项）。在功能纳米纤维和新型静电纺丝技术方面成果丰硕，开发了一种新型静电纺丝纳米给药技术，可实现医用胶原位定向纳米喷涂及快速止血；研制了目前国际上最小的便携式静电纺丝装置，可用于野外、战场或家庭个人急救；提出了规模化量产纳米纤维膜的大型静电纺丝新技术，制备的功能纳米纤维膜可用于医用敷料、过滤材料、纺织材料等领域。代表性成果是该团队与中国人民解放军总医院、国家纳米科学中心等多学科团队共同设计完成的新型静电纺丝纳米给药装置，在全球首次用于活体动物猪肝切除止血实验，在几秒至十几秒内，实现肝脏大面积创口的可靠止血，同时可以避免医用胶的毒副作用，促进伤口愈合。这一技术，颠覆了传统的放置引流管的外科手术方式，减少手术时间、降低医疗成本、提高手术安全性，使脏器手术部分切除的止血效果快速可靠。该成果曾被国外《化学世界》、国内《科技日报》、《中国科学报》等媒体广泛报道。

主要学术带头人介绍：

目前团队成员包括教授1人,副教授3人，讲师/博士后6人，博士/硕士研究生13名。

龙云泽，教授、博导，全国模范教师，教育部新世纪优秀人才，山东省泰山学者，山东省有突出贡献中青年专家，山东省杰青。近五年在Chem Soc Rev、Prog Polym Sci、Nature Commun、ACS Nano、Chem Mater、Nanoscale等发表SCI/EI论文86篇，申请国家专利80项。承担国家自然科学基金等项目10项。荣获山东省自然科学三等奖、北京市科学技术二等奖等。

未来研究方向：

主要围绕新纺丝技术/装置与纤维新材料、纳米纤维的物理/化学性质、纳米纺织与产业化开展研究工作，同时积极探索纳米纤维材料在纳米医学、纳米能源、纳米器件、纳米环境等领域的应用。

下面材料供参考：

团队成果介绍（比较具体，带图）：

（1）新型静电纺丝技术制备三维结构纳米纤维

团队提出了一种利用静电纺丝技术自组装制备三维结构纤维、并实现二维与三维结构纤维的自由转换的方法。如图1所示，静电纺丝可以自组装形成的不同形貌的三维结构纳米纤维，其高度可以达到16厘米。有关实验结果已授权国家发明专利1项，发表在Nanoscale4, 2134 (2012)上。特别是关于电纺三维结构纳米纤维及其在生物组织工程上应用的综述论文发表在Progress in Polymer Science39, 862-890(2014)上。

图1.静电纺丝自组装形成的不同形貌的三维结构纳米纤维照片。

（2）气流辅助定向原位静电纺丝用于快速纳米止血技术

为了实现电纺装置的便携性和定向沉积功能，团队设计了一种气流辅助定向原位静电纺丝装置（授权专利ZL201320741232.3），如图2a所示。该装置可以将医用胶在伤口上纳米原位喷涂，形成致密的纳米结构保护薄膜，几秒至十几秒内实现肝脏切除手术快速止血，如图2b所示。该装置已在中国人民解放军总医院应用于动物实验，有效避免了传统给药方式导致的组织粘连、渗血等问题，有望减少手术时间、降低医疗成本、提高手术安全性。研究结果发表在英国皇家化学会刊物Nanoscale6, 7792 (2014)上，被国外Chemistry World、国内《科技日报》、《中国科学报》等媒体报道。

图2.(a)一种气流辅助定向原位静电纺丝装置的数码照片

图2.(b)肝脏切除手术中用该装置将止血药物医用胶原位静电纳米喷涂在伤口上实现快速止血的示意图

链接：https://doi.org/10.1021/acsami.1c04066

文献：