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  石油泄漏給生態(tài)環(huán)境和國民經(jīng)濟(jì)造成不可估量的損失，燃燒、重力分離、撇油器、生物降解、化學(xué)乳化等治理方法存在低效、費(fèi)用高，甚至產(chǎn)生二次污染等局限性。石墨烯、碳納米管、多巴胺等對商用海綿包覆后采用光熱、電熱輔助技術(shù)使復(fù)合材料表現(xiàn)出良好的原油吸附性能。由于原油存在粘度大、處理及再生困難等問題，開發(fā)可原位發(fā)熱的生物質(zhì)功能復(fù)合材料仍然非常具有挑戰(zhàn)性。

  鑒于此，北京林業(yè)大學(xué)馬明國教授團(tuán)隊報道了一種基于二維材料MXene和綠色生物質(zhì)材料木海綿的新型功能復(fù)合材料PDMS@WSM，該復(fù)合材料展現(xiàn)出優(yōu)異的Joule熱和光熱轉(zhuǎn)換性能，在原油吸附及回收上具有出色的表現(xiàn)。相關(guān)工作以“Novel Ti₃C₂T_x MXene wrapped wood sponges for fast cleanup of crude oil spills by outstanding Joule heating and photothermal effect”為題發(fā)表在膠體與界面研究領(lǐng)域國際期刊《Journal of Colloid and Interface Science》上。

PDMS@WSM 復(fù)合材料利用焦耳熱和光熱治理原油泄漏示意圖

  PDMS@WSM復(fù)合材料由木海綿、MXene和PDMS(聚二甲基硅氧烷)組成。木海綿通過對木材進(jìn)行化學(xué)處理去除半纖維素、木質(zhì)素得到纖維素框架，MXene通過對MAX進(jìn)行酸刻蝕后得到，兩者復(fù)合后再經(jīng)PDMS疏水處理即得PDMS@WSM復(fù)合材料。該復(fù)合材料表現(xiàn)出優(yōu)異的壓縮循環(huán)性和疏水性。

PDMS@WSM復(fù)合材料的電熱和光熱性能

  研究發(fā)現(xiàn)，PDMS層不影響PDMS@WSM熱轉(zhuǎn)化性能。在6 V電壓下可以快速升溫至168.6 ℃，在2.0 KW/m²的光照下可以快速升溫至82.1 ℃，原位產(chǎn)生的溫度可顯著降低原油的粘度從而提高吸附效率。PDMS@WSM復(fù)合材料具有穩(wěn)定的電熱循環(huán)性。在4 V的工作電壓下可在70 s內(nèi)快速吸附1.5 mL的原油，可在6 分鐘內(nèi)飽和吸附11.2×10⁵ g m^-3原油。吸附飽和的PDMS@WSM可在10 V電壓下通過機(jī)械擠壓快速回收原油。通過自組裝的“自熱抽濾器”可持續(xù)地分離油水混合液，原油收集效率達(dá)250 mL/m²/min。PDMS@WSM復(fù)合材料具有穩(wěn)定的光熱循環(huán)性。在1.5 KW/m²的光照下可在64 s內(nèi)快速吸附1.5 mL的原油，可在8 mins內(nèi)飽和吸附10.6×10⁵ g m^-3原油。吸附飽和的PDMS@WSM可在2 KW/m²的光照下通過機(jī)械擠壓快速回收原油。

PDMS@WSM在光熱輔助下的原油吸附性能

  PDMS@WSM復(fù)合材料具有高效、快速和低能耗的原油吸附性能，在循環(huán)吸油、持續(xù)吸油上表現(xiàn)出色，結(jié)合優(yōu)異的光熱、電熱轉(zhuǎn)換性能可全天候處理原油泄漏。以木海綿為生物質(zhì)吸附基底，相比商用海綿更具環(huán)境友好性，相比纖維素氣凝膠更具循環(huán)使用性。PDMS@WSM拓寬了木基材料和MXene二維材料的應(yīng)用領(lǐng)域，除了原油泄漏治理，該復(fù)合材料在能量管理、海水淡化上也極具潛力。

  論文的第一作者為北京林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院博士研究生汪培林。該研究工作得到了國家重點研發(fā)計劃、新疆兵團(tuán)創(chuàng)新發(fā)展支撐計劃以及北京林業(yè)大學(xué)杰出青年人才培育計劃等項目的大力支持。

  全文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0021979721013205