海南大学《Carbon》：基于石墨烯的吸油袋，用于海上溢油处理等

摘要：尽管二维膜材料在油水分离领域具有重要价值，但如何突破其分离驱动力的限制仍是一项挑战。本文，海南大学高助威副教授在《Carbon》期刊发表名为“Silane grafted graphene superhydrophobic coating coated no

1成果简介

尽管二维膜材料在油水分离领域具有重要价值，但如何突破其分离驱动力的限制仍是一项挑战。本文，海南大学高助威副教授在《Carbon》期刊发表名为“Silane grafted graphene superhydrophobic coating coated non-woven fabric for photothermal driven high viscosity oil-water separation”的论文，研究通过在无纺布表面构建还原氧化石墨烯-三甲氧基（1H,1H,2H,2H-heptadecafluorodecyl）硅烷（FAS-17）涂层（F-rGO@NW），制备了一种具有光热特性的超疏水膜材料。通过将改性无纺布与三聚氰胺泡沫相结合，制备出了吸油袋。除了传统的重力作用外，还加入了泵、吸附和光热驱动等分离动力。

结果表明，改性膜不仅具有超疏水性，还具有良好的耐酸碱性和自洁性。改性膜能有效分离多种油水混合物，正己烷/水的分离效率高达 99.052%，油通量高达 14.644 (kL/(h-m2))。组装好的吸油袋可通过蠕动泵连续分离油和水。此外，在光照强度为 2 kW-m-2 的条件下，使用蠕动泵在 7 分钟内吸附了 4.8 克黄油。本研究实现了二维膜材料的多驱动油水分离，以及二维膜材料在光热驱油领域的应用，这些都表明二维膜材料在油水分离方面具有巨大的潜力和应用价值。

2图文导读

图1. F-rGO@NW和吸附剂袋的制备以及从多种来源分离油类的机制。

图2.不同尺度的 GO@NW （a）和 F-rGO@NW （b）的扫描电子显微镜图像;分析的元素和 F-rGO@NW 的分布（c）和元素的含量（d）。

图3、(a) Full XPS spectrum of NW and F-rGO@NW; (b) C spectrum of NW(XPS); C (c), F (d) and Si(e) spectrum of F-rGO@NW(XPS); (f) Full FTIR spectra of NW and F-rGO@NW; Three-dimensional AFM images of NW (g) and F-rGO@NW (h); (i) Optical images of different types of droplets on NW and F-rGO@NW surfaces.

图4、(a) Self-cleaning optical images of F-rGO@NW; (b) Oil sorbent bag on fluctuating water surface; (c) Mechanism of light oil sorption by sorbent bags.

图5、(a) Process diagram of oil (n-hexane)/water separation by gravity filtration for F-rGO@NW; (b) Sorbent bag connected to a peristaltic pump for continuous oil(n-hexane)-water separation.

图6、(a) UV-Vis-NIR sorption spectra of NW and F-rGO@NW; (b) Temperature versus time curves for NW (1 kW·m-2), F-rGO@NW (1 kW·m-2 and 2 kW·m-2); (c) Heat-up-cool-down cycle of F-rGO@NW at 1 kW·m-2 light intensity.

图7、 (a) Optical and infrared thermography images of butter above the aqueous layer being heated by F-rGO@NW and penetrating upwards to wet the nonwoven fabric at a light intensity of 2 kW·m-2; (b) Optical and infrared thermographic images of butter wetted with F-rGO@NW and sorbed by MF at 1 kW·m-2 light intensity.

图8、Mechanism diagram (a), optical (b) and infrared thermography images (c) of continuous sorption and separation of solid butter by sorbent bag under 2 kW·m-2 light condition.

3小结

总之，通过简单的溶液法在无纺布纤维表面构建了超疏水结构。先后考察了改性无纺布的润湿特性、自洁能力、常规油水分离能力和光热驱油能力，主要结论如下。

(1)由于 F-rGO@NW 的超疏水/超亲油性，它能通过常规重力过滤有效分离各种油水。正己烷/水的分离效率高达99.052%，油通量可达14.644 (kL/(h-m2))。

(2)F-rGO@NW 抗液体污染和固体粉末污染。

(3)由 F-rGO@NW 和 MF 组合而成的吸油袋不仅能从剧烈波动的水面吸附油污，而且能在 20秒内通过泵持续分离出 40 mL 的油污。

(4)在光照强度为2kW-m-2的条件下，使用泵在7分钟内吸附了 4.8 克黄油。

所制备的吸油袋不仅解决了传统二维油水分离膜材料分离驱动力单一的问题，提供了更多的分离方法，而且验证了将吸油袋应用于高粘度油类光热吸附领域的可能性，拓展了二维膜材料在海上溢油处理中的应用范围，为进一步探索提供了新的方向。

文献：https://doi.org/10.1016/j.carbon.2024.119886