石墨烯粉体

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【论文介绍】石墨烯-羧甲基纤维素复合气凝胶的制备及吸油性能评价

2022-10-13 18:05:14

随着经济与社会的快速发展,海洋石油资源的开发与利用日趋频繁,在带动经济发展的同时,也时常发生海上溢油事故,这不仅造成了严重的经济损失,也给海洋环境带来了严重的生态灾难。如何采取及时、快速、高效的措施处理海上泄漏的油品已成为研究的重点。石墨烯气凝胶作为近几年新兴的三维碳材料,因具有高孔隙率、低密度、大比表面积等特点,可作为油品污染物吸附的高效吸附剂,在环境修复领域具有极大的应用潜力。

       目前,石墨烯气凝胶的制备方法主要包括:还原自组装法、模板法和化学交联法等。中国石油大学(华东)的刘会娥等将石墨烯与羧甲基纤维素进行复合,经两步水热还原结合冰模板法,制备出了超弹性石墨烯/羧甲基纤维素复合气凝胶,经疏水改性、干燥得到疏水气凝胶(HGA/CMC)。

       将气凝胶材料用于水上浮油及水底重油的吸附时,不仅要求气凝胶可快速吸附油品,并有较强的油水分离能力,这就要求其具有良好的亲油疏水性能。将HGA/CMC用外力按压至盛有自来水的烧杯中,如图1(a)所示,可以明显看到材料表面出现“银镜”现象,图1 (b)显示接触角为123°,表明HGA/CMC具有较高的疏水性。


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图1  HGA/CMC照片 (a)放置水中;(b)接触角


将染色的柴油滴入装有水的玻璃瓶中,然后放入HGA/CMC,开始计时,如图2所示,在放入HGA/CMC仅1 s就可看到染色柴油被明显吸附,5 s时就已完成吸附过程,水面无明显的染色柴油,展现出优良的疏水亲油性能。


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图2  HGA/CMC吸附水上柴油过程


含乳化油的废水是工业含油废水中常见的一类难处理的污染。将HGA/CMC用于含乳化油废水的吸附处理,对吸附前后的样品取样分析,如图3(a)所示,左侧玻璃瓶为吸附之前的废水,液体呈现乳白色,在光学显微镜下观察其微观形态(见图3(b)),其油滴粒径在几百纳米到几微米之间。图3(a)右侧玻璃瓶为使用HGA/CMC吸附过后的样品,可以看到溶液颜色已变为无色透明,同样使用光学显微镜观察其微观形态(图3(c)),发现吸附后没有明显的油滴存在,表明HGA/CMC对于水中的乳化油也有较好的吸附效果。



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图3  HGA/CMC吸附乳化油取样图片(a) 和吸附前(b)后(c)的光学显微照片


海上溢油是海洋石油开采都不得不面对的一个棘手问题,含油 废水的产生在石油生产中也不可避免,不但对生态造成巨大的破坏,还给社会造成巨大的经济损失。HGA/CMC这种吸油材料具有良好的疏水亲油性能,可实现高效油水分离,对于治理海上溢油和含油废水、维护人类健康、保护生态环境等方面具有重要意义。


原文出处:石墨烯-羧甲基纤维素复合气凝胶的制备及吸油性能评价

张林琳, 顾学林, 向笑笑, 刘会娥, 陈爽

2022, 50 (9): 43-51

文章来源:公众号【材料工程】


氧化石墨烯:

氧化石墨烯(graphene oxide )是石墨烯的氧化物,一般用GO表示,其颜色为棕黄色,市面上常见的产品有粉末状、片状以及溶液状的。因经氧化后,其上含氧官能团增多而使性质较石墨烯更加活泼,可经由各种与含氧官能团的反应而改善本身性质。

氧化石墨烯薄片是石墨粉末经化学氧化及剥离后的产物,氧化石墨烯是单一的原子层,可以随时在横向尺寸上扩展到数十微米。因此,其结构跨越了一般化学和材料科学的典型尺度。氧化石墨烯可视为一种非传统型态的软性材料,具有聚合物、胶体、薄膜,以及两性分子的特性。氧化石墨烯长久以来被视为亲水性物质,因为其在水中具有优越的分散性,但是,相关实验结果显示,氧化石墨烯实际上具有两亲性,从石墨烯薄片边缘到中央呈现亲水至疏水的性质分布。因此,氧化石墨烯可如同界面活性剂一般存在界面,并降低界面间的能量。其亲水性被广泛认知。

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