郑大张亚涛教授团队《ACS Appl. Nano Mater.》：具有阻燃性的硅烷化氮化硼改性超疏水海绵用于油水分离

点击蓝字关注我们

油轮作业、海底采油、石油化工厂炼油等排放了大量含油废水，给环境带来了重大的影响。因此，迫切需要寻求一种能够有效分离油水混合物的技术。三维多孔商用三聚氰胺海绵具有成本低、重量轻、环境友好等优点，有望用于大规模含油废水的处理。然而，具有亲水性和亲油性的三聚氰胺海绵可以同时吸附水和油，这会降低分离效率，使海绵可能成为二次污染物。因此，开发超疏水/超亲油海绵是提高海绵油/水分离效率的先决条件。

近期，郑州大学张亚涛教授团队通过简单的浸渍法制备了一种水接触角为165^o的超疏水硅烷化氮化硼改性的三聚氰胺海绵（SBNIS）。通过结合氮化硼纳米片（出色的化学稳定性）和硅烷（固有疏水性）的特性，所得的超疏水海绵显示出较好的油/水分离性能。此外，海绵显示出优异的阻燃性和抗压性，在长期的实际操作中表现出潜在的应用。相关成果以标题为“Flame-Retardant Silanized Boron Nitride Nanosheet-Infused Superhydrophobic Sponges for Oil/Water Separation”发表在ACS Applied Nano Materials期刊。博士研究生韩双乔为论文第一作者，张亚涛教授，王景副教授为通讯作者。此研究得到国家自然科学基金等资助支持。

图1 制备的海绵SEM图像。

图2 海绵表面的浸润性。

实验中通过氢氧化物熔融法制备了剥离的h-BN纳米片，随后通过硅烷偶联反应制备了硅烷化氮化硼纳米片。最后将三聚氰胺海绵浸入氮化硼纳米片悬浮溶液中来制备超疏水海绵。原始的三聚氰胺海绵表面光滑，并且表现出很强的亲水性，WCAs为0^o。改性海绵表面的润湿性转变（从亲水性到超疏水性）是通过引入硅烷化氮化硼实现的。这是由于硅烷部分水解成疏水二氧化硅，表面出现一些微小的颗粒球，此外，氮化硼纳米片的引入也使得表面粗糙度增强。

图3 海绵的分离性能。

由于h-BN优异的化学稳定性和硅烷固有的疏水性，SBNIS巧妙地结合了h-BN和硅烷的优点。SBNIS对油类和溶剂的吸附容量为29-99wt%，在连续20次吸收循环测试后仍能保持其表面特性。此外，超疏水海绵显示出优异的阻燃性和抗压强度，在长期的实际操作中表现出潜在的应用。

图4 海绵的阻燃性以及抗压性。

总之，这项研究制备了具有超疏水性、优异的阻燃性和较好的化学稳定性的多功能油/水分离海绵，有望应用于苛刻条件下的油/水分离体系。

相关链接

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsanm.1c02396

相关进展

化学与材料科学原创文章。欢迎个人转发和分享，刊物或媒体如需转载，请联系邮箱：[e-mail]

扫二维码｜关注我们

微信号 : Chem-MSE

诚邀投稿

欢迎专家学者提供化学化工、材料科学与工程产学研方面的稿件至[e-mail]，并请注明详细联系信息。化学与材料科学®会及时选用推送。