【论文介绍】石墨烯-羧甲基纤维素复合气凝胶的制备及吸油性能评价

随着经济与社会的快速发展，海洋石油资源的开发与利用日趋频繁，在带动经济发展的同时，也时常发生海上溢油事故，这不仅造成了严重的经济损失，也给海洋环境带来了严重的生态灾难。如何采取及时、快速、高效的措施处理海上泄漏的油品已成为研究的重点。石墨烯气凝胶作为近几年新兴的三维碳材料，因具有高孔隙率、低密度、大比表面积等特点，可作为油品污染物吸附的高效吸附剂，在环境修复领域具有极大的应用潜力。

目前，石墨烯气凝胶的制备方法主要包括：还原自组装法、模板法和化学交联法等。中国石油大学（华东）的刘会娥等将石墨烯与羧甲基纤维素进行复合，经两步水热还原结合冰模板法，制备出了超弹性石墨烯/羧甲基纤维素复合气凝胶，经疏水改性、干燥得到疏水气凝胶（HGA/CMC）。

将气凝胶材料用于水上浮油及水底重油的吸附时，不仅要求气凝胶可快速吸附油品，并有较强的油水分离能力，这就要求其具有良好的亲油疏水性能。将HGA/CMC用外力按压至盛有自来水的烧杯中，如图1(a)所示，可以明显看到材料表面出现“银镜”现象，图1 (b)显示接触角为123°，表明HGA/CMC具有较高的疏水性。

图1  HGA/CMC照片(a)放置水中；(b)接触角

将染色的柴油滴入装有水的玻璃瓶中，然后放入HGA/CMC，开始计时，如图2所示，在放入HGA/CMC仅1 s就可看到染色柴油被明显吸附，5 s时就已完成吸附过程，水面无明显的染色柴油，展现出优良的疏水亲油性能。

图2  HGA/CMC吸附水上柴油过程

含乳化油的废水是工业含油废水中常见的一类难处理的污染。将HGA/CMC用于含乳化油废水的吸附处理，对吸附前后的样品取样分析，如图3(a)所示，左侧玻璃瓶为吸附之前的废水，液体呈现乳白色，在光学显微镜下观察其微观形态（见图3(b)），其油滴粒径在几百纳米到几微米之间。图3(a)右侧玻璃瓶为使用HGA/CMC吸附过后的样品，可以看到溶液颜色已变为无色透明，同样使用光学显微镜观察其微观形态（图3(c)），发现吸附后没有明显的油滴存在，表明HGA/CMC对于水中的乳化油也有较好的吸附效果。

图3  HGA/CMC吸附乳化油取样图片(a) 和吸附前(b)后(c)的光学显微照片

海上溢油是海洋石油开采都不得不面对的一个棘手问题，含油 废水的产生在石油生产中也不可避免，不但对生态造成巨大的破坏，还给社会造成巨大的经济损失。HGA/CMC这种吸油材料具有良好的疏水亲油性能，可实现高效油水分离，对于治理海上溢油和含油废水、维护人类健康、保护生态环境等方面具有重要意义。