寧波材料所在木質(zhì)素基聚氨酯泡沫高效油水分離方面取得新進(jìn)展
由于各行業(yè)的快速發(fā)展，各種含油廢水的產(chǎn)生日益成為人們關(guān)注的問(wèn)題，同時(shí)，石油開(kāi)采或運(yùn)輸過(guò)程中的溢油以及汽車工業(yè)、鋼鐵工業(yè)、食品和制藥工業(yè)的石油污染正在威脅全球生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。目前對(duì)于用于油水分離泡沫的研究主要集中在商用泡沫的表面改性方面，而合成商用泡沫的原料來(lái)源于石油資源，存在不可再生及成本等方面的問(wèn)題。因此，開(kāi)發(fā)能夠高效油水分離的可降解生物基材料至關(guān)重要。
中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所生物基高分子材料團(tuán)隊(duì)朱錦研究員和陳景研究員長(zhǎng)期從事生物基聚氨酯泡沫的前沿探索及功能開(kāi)發(fā)（Chem. Eng. J. 2021, 415, 128956; ACS Appl. Nano Mater. 2022, 5, 2848-2858; J. Water Process. Eng. 2022, 46, 102643; Mater. Adv. 2023, 4, 586-595）。最近，該團(tuán)隊(duì)與加拿大多倫多大學(xué)顏寧教授團(tuán)隊(duì)合作，在木質(zhì)素基聚氨酯泡沫用于油水分離方面取得了新進(jìn)展。（Sci. Total Environ. 2023, 860, 160276; Sep. Purif. Technol. 2023, 311, 123284）
首先，制備具有基體超疏水性和光熱性能的木質(zhì)素基聚氨酯泡沫用于油水分離（圖1），該吸附劑采用一步發(fā)泡工藝，制備方法簡(jiǎn)單，在一個(gè)太陽(yáng)光照（1KW/m2）下，表面溫度最高可達(dá)77.6℃，能夠?qū)崿F(xiàn)油水分離和重油吸附雙重功能，并且該泡沫能夠在溫和堿性環(huán)境下實(shí)現(xiàn)全降解，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)。（Sci. Total Environ. 2023, 860, 160276，原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.160276）
其次，針對(duì)超疏水泡沫難以去除重金屬離子以及有色染料等污染物的問(wèn)題，開(kāi)發(fā)了多功能超親水/水下超疏油木質(zhì)素基聚氨酯泡沫，用于高效油水分離和水質(zhì)凈化。先合成了木質(zhì)素基聚氨酯泡沫，然后在弱堿性條件下通過(guò)原位聚合將聚多巴胺顆粒沉積在泡沫表面，以增加其表面粗糙度。之后再利用植酸對(duì)泡沫進(jìn)行改性，實(shí)現(xiàn)表面超親水性和水下超疏油性。多巴胺和植酸改性泡沫的接觸角對(duì)水為0°，氯仿為166.7°，正己烷為158.4°，對(duì)于正己烷、環(huán)己烷、甲苯和泵油的油水分離效率均超過(guò)99%，且能夠吸附67.1 mg/g的亞甲藍(lán)、96.1 mg/g的羅丹明B和98.2 mg/g的硫酸銅。該泡沫在使用后在堿性條件下可實(shí)現(xiàn)完全降解。（Sep. Purif. Technol. 2023, 311, 123284，原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.seppur.2023.123284）
綜上所述，經(jīng)過(guò)生物基高分子團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)研發(fā)的木質(zhì)素基聚氨酯泡沫復(fù)合材料在油水分離方面具有非常優(yōu)異的性能，使用后能夠通過(guò)簡(jiǎn)單的方法實(shí)現(xiàn)全降解，對(duì)環(huán)境友好。該工作不僅為木質(zhì)素基聚氨酯泡沫的應(yīng)用找到出口，也為生物基高分子材料的應(yīng)用提供了新的思路。
以上工作成果得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2017YFE0102300)、寧波市科技創(chuàng)新2025重大專項(xiàng)（2022Z139）等的支持。
圖1 基體超疏水木質(zhì)素基聚氨酯光熱泡沫用于高效油水分離
圖2 超親水/水下超疏油木質(zhì)素基聚氨酯泡沫用于高效油水分離和水質(zhì)凈化
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