高弹木材海绵材料制备及其油水分离应用研究取得重要进展

近日，我院木材工业研究所王小青课题组在高弹木材海绵材料制备及其油水分离应用方面取得重要进展，相关研究成果以“Highly Compressible Wood Sponges with a Spring-like Lamellar Structure as Effective and Reusable Oil Absorbents”为题，在线发表于国际顶级期刊《ACS Nano》（影响因子13.709）。硕士研究生管浩为论文第一作者，王小青副研究员为通讯作者，木材工业研究所为论文独立完成单位。
随着生产生活中含油污水的大量排放以及海上原油泄漏事故的频发，水中油污染已成为危害人类健康和环境安全的重大问题。如何实现高效的油水分离已成为亟待解决的难题。具有特殊表面润湿性（如超疏水/亲油）的多孔吸附材料可以快速有效的实现油水分离。目前，多孔吸油材料主要有合成高分子海绵（聚氨酯、聚苯乙烯）、纳米碳基气凝胶（石墨烯、碳纳米管）、纳米纤维素气凝胶等。上述材料虽然吸油性能良好，但仍然存在生物降解性差，原材料价格昂贵，力学性能差等缺点。
为解决以上问题，王小青课题组以天然可再生木材为原料开发了一种新型的木材海绵吸附材料，用于油水分离。选用低密度轻木（90 mg/cm3）为原料，通过化学处理有序剥离出木材细胞壁中木质素和半纤维素，保留纤维素骨架，然后经冷冻干燥制备得到密度低、孔隙度高、具有层状结构的木材海绵。为了使材料获得疏水/亲油性能，采用气相沉积法在木材海绵纤维素骨架表面沉积聚硅氧烷涂层，赋予材料良好的疏水性能，并保留其原始的孔隙结构。最终得到的木材海绵材料具有高弹性能，经100次循环压缩试验，回弹率保持在99%。该材料吸油性能良好，最大吸油量可达自身重量的41倍，并且可以通过挤压排油的方法回收吸附的油，经过多次挤压吸油量基本保持。利用该材料的液体传输各向异性特性，课题组以木材海绵为过滤膜，设计了连续吸油装置，实现了连续、高效油水分离。上述成果为制备新型木材基吸油材料提供了新思路，推动了木材这一天然可再生材料在油水分离中的应用。
该研究得到了“十三五”国家重点研发计划课题（2017YFD0600202）和国家自然科学基金（31570554）的资助。（高瑞清/木材所）
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.8b05763
中国林科院木材所 2018-10-10

关键词 木材  木材加工  木业  文献  图片