摘要：随着工业快速发展，频繁的石油泄漏和大量有机溶剂的排放严重破坏了生态环境，威胁人类健康。为了有效净化受污染的水质，开发高性能吸油材料十分必要。但目前使用商用吸油毡存在吸收容量较低、选择性较差、不易回收等不足；因此，开发具有高吸收容量和可再生使用的吸油材料有重要意

新疆大学吴雪岩教授&郭继玺教授&贾殿赠教授：轻质、可压缩、超疏水复合气凝胶，高效吸附油/有机溶剂

随着工业快速发展，频繁的石油泄漏和大量有机溶剂的排放严重破坏了生态环境，威胁人类健康。为了有效净化受污染的水质，开发高性能吸油材料十分必要。但目前使用商用吸油毡存在吸收容量较低、选择性较差、不易回收等不足；因此，开发具有高吸收容量和可再生使用的吸油材料有重要意义。

近日，新疆大学吴雪岩教授&郭继玺教授&贾殿赠教授团队在期刊《Desalination》上，发表了最新研究成果“Lightweight, compressible and superhydrophobic coal-based nanofibrous/graphene oxide composite aerogel towards efficient oil and organic solvents adsorption”。研究者通过水热和冷冻干燥的简易方法，制备出一种高性能煤基纳米纤维/氧化石墨烯复合气凝胶（图1）。煤基纳米纤维/氧化石墨烯复合气凝胶（MGCF）气凝胶对不同的有机溶剂/油表现出高吸附能力（70-190 g/g）。此外，柔性煤基纳米纤维膜的引入有助于保持气凝胶的三维结构，有效防止气凝胶在冷冻干燥或吸附过程中发生形变，提高气凝胶的可重复使用性。

图1：煤基纳米纤维/氧化石墨烯复合气凝胶的制备示意图。

图2：煤基纳米纤维/氧化石墨烯复合气凝胶的机械性能。

传统碳基气凝胶在机械性能方面存在缺陷，如弹性和抗疲劳性差，受到外部机械力作用时会产生不可逆的变形（图2a）。引入CCNF可以提高MGCF的整体机械性能，这主要是由于（1）CCNF具有较大的比表面积，改善了纤维与气凝胶基质之间的接触面积，更有利于应力的有效传递（图2b）,（2）CCNF具有良好的柔韧性，使复合气凝胶具有更强的变形能力，在受到外力时不会发生脆性断裂。如图2c-e所示，MGCF复合气凝胶在空气和有机溶剂中都表现出良好的稳定性。

对不同比例复合气凝胶的吸附性能进行探究（图3），结果显示：当氧化石墨烯和煤基碳纤维的质量比为5:1时，复合气凝胶对二氯甲烷的吸附能力为70 g g-1。随着煤基碳纤维比例的增加，复合气凝胶(3:1)的吸附能力增加为240 g g-1。这是由于煤基纳米纤维的引入，有效避免了氧化石墨烯自组装过程中的重聚集，使复合气凝胶具有更多的空间吸附有机溶剂。通过研究吸附动力学和等温线，对MGCF吸附煤焦油的机理进行探究（图4）。结果显示，整个吸附过程是由各种吸附作用力共同决定的，包括孔吸附、氢键相互作用、静电作用和π-π相互作用。这些相互作用机制的综合效应使复合气凝胶具有出色的吸附能力。

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人物简介：

吴雪岩，新疆大学化学学院教授，硕士生导师，主要从事碳基功能材料的可控合成与应用研究，先后主持国家自然科学基金青年基金、国家自然科学基金重点项目子课题、科技部重点研发项目子课题、自治区自然科学基金等科研项目10余项。2019年入选自治区天池博士计划，2020年入选天山青年计划，2024年入选“天山英才”青年拔尖人才。先后在Nat. Commun; Chem. Sci.; Chem. Eng. J.; Small; J. Mater. Chem .C; Carbon; Mater. Chem. Front.等重要学术期刊上发表SCI收录学术论文50余篇，他引1500余次，其中高被引论文2篇，申请国家发明专利5项，授权2项。

郭继玺，新疆大学化学学院教授，博士研究生导师，现为先进功能材料自治区重点实验室主任、新疆煤基炭功能材料自治区创新团队负责人，2012年入选香江学者计划、2013年获自治区杰出青年自然科学基金资助，2023年获天山英才科技创新领军人才项目支持。先后主持国家自然科学基金、自治区自然科学基金、自治区高校成果转化等20余项课题研究，主要从事碳基功能材料、煤炭高附加值利用相关研究，围绕煤炭清洁高效利用研究开发中亟待解决的关键科学问题开展研究工作，取得了系列原创性的研究成果，并受到国内外同行的广泛关注和高度评价，在Energy Environ. Sci., ACS Energy Lett., Appl. Catal. B Environ., Small, Chem. Sci., Chem. Eng. J.等重要学术期刊上发表SCI收录学术论文100余篇，他引2000余次；申请国家发明专利10项，授权4项。相关研究成果获2020年自治区自然科学一等奖，获2016、2011年自治区科技进步一等奖，获2019年自治区第十届高等教育教学成果一等奖，获自治区自然科学优秀论文一等奖2项、二等奖各1项。

贾殿赠，博士，教授，博士研究生导师，省部共建“碳基能源资源化学与利用”国家重点实验室主任，享受国务院政府特殊津贴专家，自治区有突出贡献优秀专家，获首届新疆维吾尔自治区科技进步突出贡献奖，入选教育部优秀青年教师教学科研奖励计划、获教育部优秀青年教师奖，“新世纪百千万人才工程”国家级人选。多年来主要从事功能材料化学研究，先后主持“973”计划前期研究专项、国家自然科学基金重点项目、第三次新疆科考项目、自治区重大重点专项等科研项目50余项。先后在J.Am.Chem.Soc., Adv. Mater., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Funct. Mater., Nat. Commun., 化学学报等国内外重要期刊上发表被SCI收录的学术论文500余篇，被正面他引12500余次；获授权国家发明专利32件。研究成果获省部级科技奖励10余项，其中以第一完成人于2003、2006、2010、2013年获得新疆维吾尔自治区科技进步一等奖，2019年新疆维吾尔自治区自然科学一等奖，2019年新疆维吾尔自治区教学成果一等奖，2022年高等教育(研究生)国家级教学成果二等奖。

来源：科学减脂