四川大学林炜教授团队《Polymer》：双醛羧甲基纤维素交联的全生物质基油水分离气凝胶材料
点击数：8802021-12-15 09:41:25 来源: 化学与材料科学公众号
频发的原油泄漏事故和工业含油废水的大量排放引发的环境问题日益突出，已受到全球关注。因此，探索与开发环保、实用、高效的油水分离材料是关系人民生活、环境安全、可持续发展的重要课题。
传统油/水分离方法如围栏吸附法、离心法和化学破乳法等能耗高、效率低，且二次污染严重。使用高性能的吸附材料不仅可快速吸附水体中的油污，还可通过简单挤压实现油品的回收和吸附材料的重复利用，被认为是目前处理大规模含油污水的最为简单有效的途径。然而，尽管目前已有多种具有良好油水分离功能的吸附材料问世，但其大部分的材料主体多为难降解的高分子材料，使用后的处理存在二次污染问题，且后处理的综合成本较高。特别是在当前节能减排和低碳经济的目标下，开发新型生物相容性好、可生物降解的环境友好型油水分离材料具有重要的理论研究意义和实际应用价值。
近日，四川大学轻工科学与工程学院林炜教授团队在全生物质基油水分离材料方面取得了新进展。相关成果以标题为“A novel hydrophobic all-biomass aerogel reinforced by dialdehyde carboxymethyl cellulose for oil/organic solvent -water separation”发表在《Polymer》期刊上（DOI: 10.1016/j.polymer.2021.124402）。四川大学轻工科学与工程学院硕士研究生张丰腾为论文的第一作者，林炜教授、王春华副研究员为通讯作者。此研究得到国家自然科学基金等资助支持。
原文链接
https://doi.org/10.1016/j.polymer.2021.124402
传统油/水分离方法如围栏吸附法、离心法和化学破乳法等能耗高、效率低，且二次污染严重。使用高性能的吸附材料不仅可快速吸附水体中的油污，还可通过简单挤压实现油品的回收和吸附材料的重复利用，被认为是目前处理大规模含油污水的最为简单有效的途径。然而，尽管目前已有多种具有良好油水分离功能的吸附材料问世，但其大部分的材料主体多为难降解的高分子材料，使用后的处理存在二次污染问题，且后处理的综合成本较高。特别是在当前节能减排和低碳经济的目标下，开发新型生物相容性好、可生物降解的环境友好型油水分离材料具有重要的理论研究意义和实际应用价值。
近日，四川大学轻工科学与工程学院林炜教授团队在全生物质基油水分离材料方面取得了新进展。相关成果以标题为“A novel hydrophobic all-biomass aerogel reinforced by dialdehyde carboxymethyl cellulose for oil/organic solvent -water separation”发表在《Polymer》期刊上（DOI: 10.1016/j.polymer.2021.124402）。四川大学轻工科学与工程学院硕士研究生张丰腾为论文的第一作者，林炜教授、王春华副研究员为通讯作者。此研究得到国家自然科学基金等资助支持。
该团队从油水分离的本质——液/液/固多相界面相互作用这一科学问题出发，受荷叶表面表皮蜡层超疏水效应的启发，通过巧妙的设计，以胶原蛋白为原料，以双醛多糖为交联剂，以天然的巴西棕榈蜡（CW）和蜂蜡（BW）为疏水改性剂，构建了一种新型的环境友好的全生物质基油水分离气凝胶（WC-Col aerogel）。首先借助于冷冻凝胶法和冷冻干燥技术，结合双醛羧甲基纤维素（DCMC）对胶原的交联作用，制备了具有大孔结构的气凝胶基质；然后利用浸涂法在气凝胶表面形成具有微纳结构的蜡涂层，制得具有超疏水性的气凝胶材料。该方法既保留了胶原蛋白基气凝胶原有的结构孔隙率，又将胶原表面从两亲性转化为疏水性，从而赋予其良好的油水分离能力。
图1 WC-Col aerogel 制备原理图
图2 WC-Col气凝胶对不同油液的油水分离过程：(a)煤油；(b) 氯仿；(c) 原油
图3. (a) WC-Col气凝胶对不同含油液体的吸收能力；(b) Cabs与吸收-压缩循环次数的关系图
该类WC-Col气凝胶具有较为优异的油水分离性能和良好的重复使用性，且制备该WC-Col气凝胶的原料均为生物质材料，与合成高分子油水分离材料相比具有环保可再生的优势，有助于生物质的高值化、功能化利用，同时可为新型环保型水油分离材料的研发提供新思路和方法。原文链接
https://doi.org/10.1016/j.polymer.2021.124402
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