暨南大学刘明贤教授课题组ACS AMI：聚硅氧烷改性埃洛石纳米管涂覆的高效超疏水聚氨酯泡沫
勘探，生产，精炼和运输过程中的石油泄漏难以控制，这对环境会造成灾难性的破坏。石油污染对海鸟和其他海洋生物构成了巨大的威胁。泄漏的油污可能通过食用的鱼类和贝类富集在人类体内，并且会污染地下水。因此，需要新的有效解决策略来解决一直存在的土壤和海洋污染问题。
近日，暨南大学刘明贤教授团队与美国路易斯安那理工大学的Yuri Lvov教授合作，在ACS Applied Materials & Interfaces上发表题为“Superhydrophobic Polyurethane Foam Coated with Polysiloxane-Modified Clay Nanotubes for Efficient and Recyclable Oil Absorption”的研究文章。刘明贤教授和Yuri Lvov是该文共同通讯作者，硕士研究生吴帆为第一作者。
超疏水聚氨酯泡沫（POS@HNT-PUF）通过埃洛石纳米管（HNTs）的表面涂覆制备。首先用十六烷基三甲氧基硅烷对HNTs进行表面接枝改性，然后通过浸涂法将接枝改性后的HNTs组装在聚氨酯泡沫上。该处理使得改性后PUF的水接触角高于150°。改性泡沫可以高选择性地吸收油和有机溶剂，同时表现出良好的可重复使用性。这种疏水性纳米管涂层还增强了PUF的阻燃性，改性泡沫将自熄并且保持较大的完整性。通过用天然粘土纳米管涂覆制备疏水性和阻燃性PUF的方法是一种简单的方法，并且在油水分离中具有潜在的应用。
图1. POS@HNTs涂覆聚氨酯泡沫的制备示意图
接枝改性后的HNTs极大地改善了聚氨酯泡沫的吸油能力。POS@HNTs-PUF具有优异的亲油特性，可以轻松地吸收水面下方或上方的油滴（当用镊子将泡沫浸入水中时）。由于水和疏水泡沫之间夹有气泡层，超疏水/超亲油泡沫具有很强的反射性。改性泡沫具有良好的柔韧性，通过轻轻挤压泡沫可轻松除去油（图2）。改性泡沫在氯仿中可吸收其自身重量的105倍。由于油的密度，粘度和其他性质的差异，它对不同的油或有机试剂具有不同的吸收能力。例如，氯仿的密度相对较高，因此改性泡沫吸收的量较大。甲醇不是很稠密，因此吸收的量较小。在疏水性泡沫重复使用10次后，泡沫的吸收能力没有显着变化，这表明其具有优异的可重复使用性。
图2. POS@HNT-PUF的吸油性能。去除水面上的植物油（A）; 类似地，从烧杯底部吸收氯仿（B）。用手指压缩/挤出从泡沫中回收吸收的油（植物油和氯仿用红色染料染色观察）（C）。POS@HNT-PUF对不同类型油的吸收能力（D）。植物油的循环泡沫吸收 - 挤压曲线（E）。
用于油水分离的泡沫的缺点是它们的吸收能力有限，这需要在清洁大面积溢油期间使用和运输大量的吸油泡沫。将设计的疏水泡沫连接到真空泵可以快速吸收水表面的油。为了模拟海上溢油的处理，他们将一个连接真空的针插入疏水泡沫中，并成功地从水面吸取油（图3）。在真空泵启动后，由于压力差，将植物油从泡沫中拉出到注射器中。植物油不断被吸收到POS@HNTs-PUF中，使水表面清洁，然后被吸入注射器中。该结果说明了POS@HNTs-PUF用于海洋石油泄漏修复的潜力。
图3. 使用收集装置从水面连续分离红色植物油。
文章链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.9b08023
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