新疆农业大学 《CEJ》: 高疏水性LS/石墨烯气凝胶，用于油水分离

成果简介

解决油水分离材料机械强度差和分离效率低的难题，将木质素纳米颗粒组装到三维气凝胶中以应对复杂的问题。本文，新疆农业大学李君 副教授团队在《Chemical Engineering Journal》期刊发表名为“Enhanced Separation Flux and Compressive Strength for Oil-Water Separation by Adding Sodium Lignosulphonate”的论文，研究采用水热还原氧化石墨烯（GO）并与木质素纳米颗粒（LSs）复合，制备了木质素纳米颗粒/还原氧化石墨烯（rGO）气凝胶（LNGA），通过改性技术获得高疏水性气凝胶（MLNGA），用于油水分离。

通过X射线衍射（XRD）证明了LSs对改善还原氧化石墨烯的层间间距有着积极的作用，这有助于MLNGA获得优良的分离通量（四氯化碳/水，43209.71     L×m-2 ×h-1）。MLNGA在80%的应变下，可承受的应变力提高到49.91 kPa。同时在连续油分离装置上具有良好的分离效率（~99.12%）。这些结果表明，木质素纳米颗粒/还原氧化石墨烯（rGO）气凝胶在油水分离应用中具有优异的性能。此外，这种设计概念涉及静电排斥，并可能为其他阴离子大分子，如海藻酸钠、单宁酸和果胶提供更广阔的平台。

图文导读

图1.LNGA和MLNGA的制备示意图。

图2.（a） GO、NGA、LNGA和MLNGA的FTIR图谱、（b）XRD曲线和（c）拉曼光谱。

图3. MLNGA的（a）XPS光谱。MLNGA中（b）C 1s、（c）N 1s、（d）O 1s（e）S 2p和（f）Si 2p的高分辨率XPS光谱。

图4. GO、NGA、LNGA和MLNGA的TGA曲线；（b）NGA、LNGA和MLNGA在30%应变下的应力-应变曲线；（c）MLNGA在20%、30%、40%、50%、60%、70%和80%应变下的应力-应变曲线；（d）MLNGA在30%应变下50个循环的应力-应变曲线；（e）由叶片支撑的NGA和MLNGA以及由狗尾草支撑的LNGA的宏观图像；（f1-f3）MLNGA在200 g重量下的压缩实验；以及（g1-g3）MLNGA在30%应变下的50次循环压缩实验。

图5. NGA（a1-a2）、LNGA（b1-b2）和MLNGA（c1-c2）的SEM图像；（d-i）MLNGA的C、N、O、S和Si的元素分布；（j）MLNGA的EDS光谱。

图6.（a1-a3）NGA、（b1-b3）LNGA和（c1-c3）MLNGA的水接触角；（d1-d2）MLNGA放入水中的银镜现象；以及（e）放置在MLNGA上的水、咖啡、茶、pH=12.7的NaOH水溶液和pH=1.8的HCl水溶液的图像。

图7. （a1-a4）在真空泵下通过MLNGA分离油水混合物；（b）真空泵作用下MLNGA分离油水混合物示意图；以及（c）通过MLNGA对苯、正己烷、环己烷和二甲苯的分离效率。

图8.（a）MLNGA吸附水中二氯甲烷的图像（油红染色）；（b）MLNGA吸附水中正己烷的图像（油红染色）；（c）MLNGA对二甲苯、正己烷、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、大豆油、菜籽油和二甲基硅油的吸收能力；（d）MLNGA重力连续分离图像；通过重力进行MLNGA连续分离的示意图；（f）MLNGA对二氯甲烷、氯仿和四氯化碳的分离通量和效率；（g）MLNGA在10次分离循环后回收四氯化碳；和（h）在10个分离循环后通过MLNGA回收氯仿。

小结

综上所述，我们设计并制备了通过MTMS改性的LSs/rGO油水分离材料。LSs已被证明对rGO的层间距变化有积极影响，即LSs和GO之间的静电排斥可能起着重要作用，因此，MLNGA显示出了优异的机械性能、分离通量和分离效率。MLNGA显示出高疏水性表面（水的接触角为148.85°），并且在80%的应变下，可承受的应变力提高到49.91 kPa。MLNGA对四氯化碳/水的分离通量可达到43209.71 L×m-2×h-1，此外，MLNGA在十次循环后仍可保持高效分离。在泵驱动的油水分离装置上，它也显示出良好的分离效率（~99.12%，二甲苯/水混合物）。所有这些结果表明MLNGA在油水分离应用中的优异性能和潜力。

文献：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.152486