成果简介
石油泄漏事件的频繁发生导致了严重的环境污染和生态问题。鉴于原油的高粘度，开发在各种环境条件下具有高效降粘和吸附能力的吸附剂至关重要。本文，中国海洋大学李一鸣教授团队在《J HAZARD MATER》期刊发表名为“MXene/Graphene modified cellulose aerogel for photo-electro-assisted all-weather cleanup of high-viscous crude oil from spill”的论文，研究制备了一种由 MXene 和石墨烯共同改性（M-Mxene/Gr CA）的具有排列通道结构的超疏水羧甲基纤维素（CMC）气凝胶。
这种排列整齐的通道结构可有效提高纵向热导率并降低吸附阻力。通过对 MXene 和石墨烯的改性，气凝胶实现了高效的光电热转换，从而保证了其对各种工作环境的适应性。快速发热可大幅降低原油粘度，实现快速采油。在一个太阳光照下（1.0 kW/m2），M-Mxene/Gr CA 的表面温度可达 72.6 °C，对高粘度原油的吸附能力达到 18g g-1。结合光热和电热（0.5 kW/m2 和 23 V），原油的平均吸附率可达 1.3×107gm-3 s-1。最后，我们介绍了一种在泵辅助下回收海上溢油的连续吸附系统。这项工作因其环保性和快速吸附能力，为处理高粘度近海溢油提供了一种新的选择。
图文导读
图1.M-MXene/Gr CA制备过程示意图。
图 2.（a）CMC气凝胶，（b）MXene/Gr CA，（c）M-MXene/Gr CA，（d）M-MXene/Gr CA的共聚焦显微镜图像，（e）M-MXene/Gr CA的照片图像和（f）M-MXene/Gr CA的SEM-EDS元素映射分析的照片和SEM图像。
图3.（a） CA、Gr CA、MXene/Gr CA 和 M-MXene/Gr CA 的 FTIR 光谱。（b） CA、Gr CA、MXene/Gr CA 和 M-MXene/Gr CA 的 TGA 重量损失和 DTG 曲线。（c） CA、MXene/Gr CA 和 M-MXene/Gr CA 的 XPS 光谱。（d） MXene/Gr CA 的高分辨率Ti 2p 光谱和 （e） 显示相应化学成分的 M-MXene/Gr CA 的高分辨率 C1s 光谱。
图4、CMC基气凝胶的疏水性
图5.（a） M-MXene/Gr CA光热性能测试过程示意图。（b） 原油粘度随温度的变化曲线。（c） CA、Gr CA和MXene/Gr CA的紫外-近红外光谱。（d） M-MXene/Gr CA 1.0 kW/m 的红外热图像2光强度。（e） M-MXene/Gr CA在不同光强度和时间下的表面温度演变。（f） M-MXene/Gr CA在不同高度、不同光强度和时间的温度演变。
图6.（a）M-MXene/Gr CA具有不同光强度的下沉行为照片，以及相应的红外热图像。（b） M-MXene/Gr CA在各种光照强度下相应的原油浸入距离与时间的关系曲线。（c） M-MXene/Gr CA和M-Gr CA的原油浸入距离比较，插图显示了M-MXene/Gr CA和M-Gr CA的侧面温度。（d）在用太阳辐射吸附油后，通过压缩（30%，60%和90%应变）M-MXene/Gr CA来回收原油。（e） 不同光照强度下，吸附到M-MXene/Gr CA中的原油重量与时间曲线的关系。
图7：（a）M-MXene/Gr CA（在空气中）在切换条件下加热后的表面油滴（0.2 毫升）渗透行为和相应的红外热图像。(b) 不同电压辅助下气凝胶的吸附能力。(c) 通过施加电压和模拟阳光从水面连续回收原油。
小结
在这项研究中，我们展示了一种新型M-MXene / Gr CA气凝胶，用于在光热和电热转换的帮助下吸附高粘度原油。油收集装置可持续收集海水中的原油。重要的是，M-MXene/Gr CA 可在 30 天内在活性淤泥中自然降解。电力和太阳能的结合具有双重优势，既能节约能源，又能在各种天气条件下高效回收溢油。这些资源的结合能够快速高效地清除油污。这项研究以其卓越的除油效率和创新的设计理念，为解决原油泄漏修复问题提供了一种前景广阔的策略和材料。
文献:https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2023.132353
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