納米纖維素/石墨烯復(fù)合氣凝膠的制備及其在油水分離中的應(yīng)用

羅元政，葉志誠(chéng)，王 慧，陳春雷，邵健梅

(廣東海洋大學(xué)電子與信息工程學(xué)院,廣東 湛江 524088)

目前石油泄漏導(dǎo)致的海洋污染對(duì)環(huán)境已經(jīng)造成了極大的壓力，尤其是在開(kāi)發(fā)、運(yùn)輸和利用過(guò)程中的石油泄漏事故已經(jīng)威脅到了生態(tài)和自然環(huán)境[1]。近年來(lái)，一系列不同孔徑、表面化學(xué)特性的碳質(zhì)納米材料已經(jīng)被用于石油清理，包括生物質(zhì)、微孔聚合物和碳質(zhì)納米材料等[2-3]。其中，石墨烯基復(fù)合材料由于其疏水親油以及耐火特征，使其在含油廢水的吸附處理領(lǐng)域具有重要的利用價(jià)值。特別是隨著新冷凍技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展，具有特殊功能和結(jié)構(gòu)的宏觀石墨烯氣凝膠(Graphene-based Aerosol,GA)材料不斷推陳出新[4-5]，由于其具有高度貫穿的孔體積、獨(dú)特的潤(rùn)濕性以及易于改性的優(yōu)點(diǎn)已成為研究熱點(diǎn)，給高效吸附材料的合成帶來(lái)了生機(jī)。如Liu等[6]利用冷凍鑄造法構(gòu)筑了各向異性的石墨烯氣凝膠材料，并將其用于吸油試驗(yàn)，結(jié)果表明該氣凝膠材料經(jīng)過(guò)20次軸向壓縮吸油循環(huán)后依然能恢復(fù)至初始高度，同時(shí)其依然對(duì)各類油品表現(xiàn)出高達(dá)150 g/g的吸附容量；Zhang等[7]采用一步還原法和冷凍干燥乳化液的方法制備了三維交聯(lián)多孔的還原氧化石墨烯(rGO)材料，該氣凝膠材料具有極低的密度(2.83 mg/cm3)，吸收的正己烷可通過(guò)擠壓來(lái)高效回收，吸附率高達(dá)200 g/g，且循環(huán)10次后其彈性維持不變。此外，采用浸漬、涂覆法在微孔聚合物表面制備石墨烯保護(hù)層，形成的“石墨烯皮膚”和多孔結(jié)構(gòu)相互結(jié)合的新型吸油材料也受到了廣泛的關(guān)注。如Yan等[8]通過(guò)溶劑交聯(lián)法制備了rGO/聚合物復(fù)合涂料，將其涂覆在纖維織物材料表面獲得了高復(fù)用性的超疏水復(fù)合吸附材料，該復(fù)合材料將石墨烯的疏水特性引入到木纖維中，可吸附油品(25 g/g)且復(fù)用性高，重復(fù)清洗150次仍具有超疏水特性。雖然這類復(fù)合吸油材料具有高疏水性和重復(fù)性，但多以發(fā)泡塑料聚合物為基底，如三聚氰胺和聚氨酯海綿等[9]，不可生物降解，易造成對(duì)海洋環(huán)境的二次塑料污染。因此，構(gòu)筑同時(shí)具有生物可降解性、特殊潤(rùn)濕性和可重復(fù)性的石墨烯復(fù)合材料將具有極大的優(yōu)勢(shì)。

纖維素作為自然界含量最多的天然有機(jī)材料，其本身的可降解性使得其吸油后便于處理和生物分解，因此纖維素基復(fù)合材料可以在油水分離應(yīng)用領(lǐng)域中發(fā)揮潛在的作用[10-11]。但纖維素本身既不溶于水，也不溶于一般的有機(jī)溶劑，棉布以及紙張容易受到酸堿煙霧等影響，而出現(xiàn)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定現(xiàn)象，影響其長(zhǎng)期使用。因此，兩親性的納米纖維素復(fù)合三維材料成為近年的研究熱點(diǎn)[12]，其在分散體系中易于形成氫鍵有利于疏水改性。如Huang等[13]以纖維素為基底制備了一種超疏水的涂層，將纖維素納米晶(CNC)作為骨架在堿性條件下將SiO2原位生長(zhǎng)在纖維素上制備得疏水性CNC/SiO2；Mi等[14]采用冷凍干燥和化學(xué)氣相沉積法改性制備了吸附容量高達(dá)68 g/g 的石墨烯/CNF/納米硅復(fù)合氣凝膠材料[14]，在纖維素不同占比下該材料的密度約為20～40 mg/cm3；Zhang等[15]制備了一種可高效油水分離的耐鹽超疏油型氣凝膠復(fù)合材料(密度>20 mg/cm3)，采用冷凍干燥法將纖維素納米纖維(CNF) 結(jié)合到殼聚糖(CS)基質(zhì)中，使其具有優(yōu)異的水下超疏油性質(zhì)。

雖然上述纖維基材料具有良好的生物可降解性，但往往需要借助無(wú)機(jī)骨架或顆粒來(lái)提高機(jī)械強(qiáng)度，同時(shí)該材料密度高導(dǎo)致吸附容量遠(yuǎn)低于石墨烯基復(fù)合氣凝膠材料。因此，本文以交聯(lián)多孔結(jié)構(gòu)的石墨烯氣凝膠(GA)為骨架，利用纖維素納米晶(CNC)作為添加劑，采用冰晶軟模板自組裝合成多孔納米纖維素/石墨烯復(fù)合氣凝膠材料即CNC/GA材料，所制備的CNC/GA材料具有層次分明的三維孔隙結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的吸附性能，同時(shí)由于納米纖維素自身密度低且易于調(diào)控，引入到微孔石墨烯網(wǎng)絡(luò)中可增進(jìn)復(fù)合材料表面的疏水性、親油選擇性和可復(fù)用性，并通過(guò)靜態(tài)吸油倍率試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)循環(huán)泵送吸附試驗(yàn)，探究了該復(fù)合材料的油水分離能力和吸附性能,以期為海洋石油泄漏的處理提供有效信息和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與試劑

纖維素納米晶(CNC，直徑為5～20 nm,長(zhǎng)度為200～300 nm)，上海閃思納米材料有限公司;抗壞血酸(AR),國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；正庚烷(AR)和正己烷(AR)等油品,廣東西隴化學(xué)試劑有限公司;氧化石墨烯(GO)粉末(99wt.%)、蘇丹紅II(AR)，阿拉丁試劑有限公司。試驗(yàn)過(guò)程中使用的藥品均為分析純。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 CNC/石墨烯氣凝膠的制備

首先將5 mL的CNC分散液(5wt%)和過(guò)量的抗壞血酸(>20 mg)混合并加入到5 mg/mL濃度的GO懸浮液中，混合溶液經(jīng)過(guò)充分超聲后放入試管;然后將該試管水熱90℃約15 min，此時(shí)溶液中的氧化石墨烯被部分氧還原已經(jīng)呈現(xiàn)凝膠態(tài)，并出現(xiàn)輕微的縮水，隨后取出該中間產(chǎn)物進(jìn)行干冰/酒精浴2 h；最后將該中間產(chǎn)物繼續(xù)加熱12 h完全還原后進(jìn)行冷凍干燥，即可獲得疏水的多孔納米纖維素/石墨烯復(fù)合氣凝膠材料，即CNC/GA材料。

1.2.2 靜態(tài)吸油倍率試驗(yàn)

配制多種油/水混合溶液,將圓柱形密度為12.9 mg/cm3的CNC/GA材料放入盛有上述溶液的燒杯中，靜置20 s后取出稱量吸附后氣凝膠質(zhì)量，手動(dòng)擠壓出所吸收的油和水，離心測(cè)得海綿所吸收水的質(zhì)量。采用下式計(jì)算氣凝膠飽和質(zhì)量吸油倍率，即為吸油前后的質(zhì)量比值：

(1)

式中：Q為氣凝膠飽和質(zhì)量吸油倍率(g/g)；M為吸附后氣凝膠的質(zhì)量(g)；M0為吸附前氣凝膠的質(zhì)量(g)；M1為測(cè)得的氣凝膠所吸收水的質(zhì)量(g)，其吸水倍率Q1=M1/M0(g/g)。

通過(guò)上述方法考察氣凝膠對(duì)正庚烷、煤油、正己烷、硅油、亞麻籽油、機(jī)油等多種油品的不同油層厚度油水體系的吸油倍率。不同油層厚度油水體系吸附試驗(yàn)步驟如下：先在25 mL的燒杯中加入15 mL去離子水，隨后分別往其中加入一定體積的正己烷，水面上油層厚度分別為1 mm、2 mm、3 mm、4 mm、5 mm、6 mm、7 mm，靜置使其分散均勻；然后在靜態(tài)情況下將氣凝膠吸油后取出，自由淌滴20 s；最后用漏勺將其取出依次稱重，并依據(jù)公式(1)計(jì)算出氣凝膠的吸油倍率Q，測(cè)量5次取平均值。

1.2.3 動(dòng)態(tài)循環(huán)泵送吸附試驗(yàn)

吸油飽和的CNC/GA材料樣品能方便地?cái)D壓排油，但機(jī)械排油法仍然不適合連續(xù)的吸/排油過(guò)程，而借助材料自身的親油選擇性和毛細(xì)管吸收作用，可利用負(fù)壓泵吸實(shí)現(xiàn)持續(xù)大面積的油污治理。具體泵送(Pumping)吸附試驗(yàn)涉及將圓柱形CNC/GA材料樣品一端浸入油水兩相混合液體中，另一端鏈接油管，通過(guò)蠕動(dòng)泵產(chǎn)生的負(fù)壓、材料表面的疏水性以及毛細(xì)管吸收作用力等協(xié)同工作，具有選擇性的高效吸油系統(tǒng)通過(guò)油管即可連續(xù)地抽取液體中的油品至蠕動(dòng)泵并排出到收集的燒杯中。重復(fù)上述方法進(jìn)行測(cè)試，測(cè)定CNC/GA材料對(duì)同油品在不同吸附時(shí)長(zhǎng)下吸附容量的變化。

2 結(jié)果與討論

2.1 氣凝膠的結(jié)構(gòu)組成表征分析

GO和CNC/GA材料的X射線衍射(XRD)圖譜,見(jiàn)圖1。

圖1 GO和CNC/GA材料的X射線衍射(XRD)圖譜Fig.1 XRD of GO and CNC/GA

由圖1可見(jiàn)：在氧化石墨烯GO的XRD圖譜中于2θ=11.5°處出現(xiàn)了GO的特征衍射峰[6]；而在CNC/GA材料的XRD圖譜中分別于2θ=15.1°、22.7°和34.5°處出現(xiàn)了納米纖維素的特征衍射峰[16]。這是由于CNC/GA材料中包含強(qiáng)的衍射峰是因?yàn)楦呓Y(jié)晶度的存在，在水熱過(guò)程中GO與CNC發(fā)生氫鍵作用和化學(xué)交聯(lián)作用被充分剝離并包覆失去GO特有的周期性結(jié)構(gòu)，同時(shí)GO的含氧官能團(tuán)被抗壞血酸還原導(dǎo)致其氧化程度降低，因此GO的特征衍射峰消失；CNC/GA材料的XRD圖譜中僅表現(xiàn)出強(qiáng)的聚合物衍射峰而沒(méi)有 GO 的特征衍射峰，說(shuō)明了GO被完全還原，GO與CNC之間存在化學(xué)交聯(lián)作用，證明成功制備出了石墨烯復(fù)合結(jié)構(gòu)氣凝膠。

此外，拉曼光譜也被用于表征產(chǎn)物中sp2雜化碳域的無(wú)序程度。GO和CNC/GA材料的拉曼圖譜，見(jiàn)圖2。

圖2 GO和CNC/GA材料的拉曼圖譜 Fig.2 Raman of GO and CNC/GA

由圖2可見(jiàn)：兩個(gè)主特征峰對(duì)應(yīng)于D帶和G帶，分別表示碳環(huán)的呼吸模式和長(zhǎng)鏈中的所有sp2原子的切向振動(dòng)模式；峰值的強(qiáng)度之比ID/IG進(jìn)一步能闡明石墨烯sp2網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的缺陷密度，其比值從0.89增長(zhǎng)至1.03的變化趨勢(shì)和典型的石墨烯復(fù)合材料類似[6-7]；CNC/GA更低的IG值表明水熱反應(yīng)后材料具有更多小面積的sp2碳原子結(jié)構(gòu)，圖中G帶的紅移也能進(jìn)一步表明GO前驅(qū)體被還原為rGO。

CNC/GA材料的微觀形貌掃描電鏡(SEM)圖和透射電子顯微鏡(TEM)照片，見(jiàn)圖3。

圖3 CNC/GA材料的微觀形貌SEM圖和TEM圖Fig.3 SEM and TEM of CNC/GA aerogel

由圖3可見(jiàn)：CNC/GA材料其中分層的多孔結(jié)構(gòu)類似于傳統(tǒng)石墨烯氣凝膠和石墨烯海綿的結(jié)構(gòu)[6-7]，這也進(jìn)一步表明了CNC自組裝不是位于石墨烯骨架片層的空白孔洞當(dāng)中，而是在石墨烯表面上取向排布和自組裝，纖維素納米晶的存在也不會(huì)影響這種連續(xù)貫穿的孔隙結(jié)構(gòu),可以通過(guò)不同分辨率的SEM圖觀察到；另外，高分辨率透射電子顯微鏡分析也顯示了CNC/GA的石墨烯片層的邊緣皺褶。結(jié)合圖3中CNC/GA材料的片層結(jié)構(gòu)和XRD譜圖中GO特征衍射峰的消失以及CNC特征峰的出現(xiàn)也可以證明成功制備出了CNC/GA材料。

2.2 氣凝膠的接觸角分析

GA和CNC/GA材料在空氣中與蒸餾水滴的接觸角,見(jiàn)圖4。

圖4 GA和CNC/GA材料在空氣中與蒸餾水滴的 接觸角Fig.4 Contact angle of GA and CNC/GA with distilled water droplets in air

由圖4可見(jiàn)，GA材料在空氣中與蒸餾水滴的接觸角為122°，蒸餾水滴在GA表面可以形成半球狀,說(shuō)明與氧化石墨烯GO相比其疏水性能大大提高，且還原后rGO的片層結(jié)構(gòu)中含氧官能團(tuán)有所減少[6]；CNC/GA材料在空氣中與蒸餾水滴具有更大的水接觸角(132°)，這是由于改性后的纖維素復(fù)合氣凝膠的表面能較GA更低，證明所制備的CNC/GA材料疏水親油性能良好。

2.3 氣凝膠的吸附性能分析

近年來(lái)，采用具有吸附功能的材料通過(guò)機(jī)械外力和物理作用回收油污被認(rèn)為是最經(jīng)濟(jì)、高效的方法[3-4]。CNC/GA材料具有較好的疏水親油性能，可漂浮在油上，但為了區(qū)分油水混合物，可對(duì)各油水混合物使用蘇丹紅染色劑染色。通過(guò)靜態(tài)吸油倍率試驗(yàn)表明：CNC/GA材料能吸收煤油、機(jī)油、亞麻籽油、硅油、正庚烷和正己烷等具有不同表面張力和密度的有機(jī)溶劑；同時(shí)，針對(duì)CNC/GA材料吸油性能的對(duì)比，不同文獻(xiàn)報(bào)道的吸附對(duì)象也不相同，目前沒(méi)有統(tǒng)一規(guī)定，多數(shù)以正已烷等小分子有機(jī)物為代表，CNC/GA材料對(duì)正已烷的吸油倍率高達(dá)84倍自身重量，相比報(bào)道的其他復(fù)合氣凝膠材料具有更高的吸油質(zhì)量增益，如純纖維素多孔氣凝膠(20～40倍)[17]等。另外，重復(fù)可利用的擠壓排油方法比燃燒和蒸餾等去油過(guò)程更高效直接，因此通過(guò)記錄10次吸/排油循環(huán)后該復(fù)合氣凝膠材料的吸油率來(lái)評(píng)估其可重復(fù)使用性能，其結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 CNC/GA材料的靜態(tài)吸油倍率性能(正已烷經(jīng)蘇 丹紅染色)Fig.5 Static circulation oil absorption ratio performance of CNC/GA (N-hexane is stained with Sudan red)

經(jīng)過(guò)吸油循環(huán)后CNC/GA材料依然具有較高的吸附率，可達(dá)到初始材料吸附效率的85.9%，說(shuō)明吸附后該材料可通過(guò)機(jī)械擠壓的方式回收所吸附油，實(shí)現(xiàn)油類物質(zhì)再利用。但該復(fù)合氣凝膠材料吸附效率降低的原因推測(cè)有兩個(gè)方面：一方面是三維氣凝膠形成的孔隙中有殘留；另一方面是壓縮形變導(dǎo)致微納孔結(jié)構(gòu)的不可恢復(fù)，使其容納空間和孔隙性能下降。

將制備的CNC/GA材料與近年報(bào)道的各種吸油材料的性能進(jìn)行了對(duì)比，其結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 同類纖維素氣凝膠材料性能的對(duì)比Table 1 Comparison of properties of cellulose-based aerogel materials

由表1可知：本試驗(yàn)制備的CNC/GA吸油材料的吸油容量比之前報(bào)道的大部分纖維素吸油材料和石墨化碳吸油材料的吸油容量要高；少數(shù)低密度氣凝膠材料的吸油容量高達(dá)200 g/g[7]，但由于脆性缺點(diǎn)，蒸餾和燃燒是這類吸油材料常用的方法，而且回收效率和重復(fù)性較低。值得注意的是,部分文獻(xiàn)采用了具有大長(zhǎng)徑比(粒徑為4～20 nm，長(zhǎng)度為500～200 nm)的纖維素納米纖維(CNF)作為結(jié)構(gòu)單元，CNF與纖維素納米晶(CNC)的區(qū)別在于：CNF具有纖維素含量高(約為100%)、有無(wú)定形區(qū)和結(jié)晶區(qū)的特點(diǎn)；而CNC在纖維化過(guò)程中形成的纖維素尺寸更小、長(zhǎng)徑比減小，在溶液反應(yīng)中易于發(fā)生平行自組裝，使纖維素粒徑和接觸界面提高，有利于提升石墨烯空隙的儲(chǔ)油能力，同時(shí)CNC自組裝和聚集可通過(guò)制備工藝調(diào)控，如本文所采用的冰模板冷凍鑄造工藝[17]。

目前實(shí)際海況上利用物理吸附劑去除水面厚度0.5 cm以上的油層石油污染較為有效，但對(duì)于厚度小于0.3 cm薄油層的去除效果較差。因此，為了研究CNC/GA材料對(duì)不同厚度的溢油修復(fù)能力，將樣品放入不同油層厚度的油水體系中討論油層厚度對(duì)CNC/GA材料吸油和吸水性能的影響，其結(jié)果見(jiàn)圖6。

圖6 不同油層厚度對(duì)CNC/GA材料吸油倍率的影響Fig.6 Influence of thickness on oil absorption ratio of CNC/GA

由圖6可見(jiàn)，當(dāng)油層厚度從1 mm到7 mm，所制備的CNC/GA材料對(duì)油的吸收倍率逐漸增加到飽和值，這是由于隨著油層厚度的增加,吸油劑接觸到水面的機(jī)會(huì)越小，同時(shí)油分子越多，接觸黏附吸油劑表面的機(jī)率越大，有利于油分子的擴(kuò)散。

此外，吸附劑的油水選擇性受微孔尺寸、可濕性和毛細(xì)管力的影響。由圖6還可以看出：在油層厚度達(dá)到3 mm時(shí)，不同油品的吸油倍率達(dá)到飽和值的85%～90%，說(shuō)明隨著油分子擴(kuò)散的進(jìn)行，由于復(fù)合氣凝膠材料自身的空隙和疏水性,油分子通過(guò)毛細(xì)管作用也可以吸入到材料的縫隙內(nèi)，因此氣凝膠的多孔毛細(xì)作用的影響很??；隨著油層厚度的增加，其吸油倍率逐漸增加，當(dāng)油層厚度達(dá)到5 mm時(shí)，上層有機(jī)溶劑質(zhì)量達(dá)到氣凝膠的最大吸附量，所以油層厚度增加對(duì)氣凝膠對(duì)油的吸油倍率幾乎沒(méi)有影響；同時(shí)氣凝膠對(duì)水的吸收倍率始終是零，說(shuō)明CNC/GA材料是高選擇性、高吸附性親油材料，可以應(yīng)用在不同油膜厚度的溢油清理階段。

從靜態(tài)吸油倍率試驗(yàn)可以看出：CNC/GA吸油材料雖然可以通過(guò)擠壓法回收油，但是該吸油材料的吸油量在20次循環(huán)后仍有變化，其循環(huán)吸油量低于原有吸油量的90%，這說(shuō)明對(duì)于高度飽和的吸油材料能方便地通過(guò)機(jī)械擠壓排油，但是反復(fù)壓縮也會(huì)使材料本身的多級(jí)孔結(jié)構(gòu)遭到破壞，不適合連續(xù)的吸/排油過(guò)程。因此，所制備的CNC/GA材料除了多孔彈性結(jié)構(gòu)具有存儲(chǔ)和排油的功能外，其表面良好的疏水性和油水選擇性在針對(duì)大面積石油泄漏時(shí)，也可以應(yīng)用泵送即可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間長(zhǎng)距離高效的油污治理。

為了更好地模擬真實(shí)環(huán)境下CNC/GA材料的吸油過(guò)程，利用泵送油液裝置進(jìn)行動(dòng)態(tài)循環(huán)泵送吸附試驗(yàn)。即將圓柱狀CNC/GA材料復(fù)合樣品一端浸入油水兩相液體中，另一端連接油管，通過(guò)泵吸產(chǎn)生的負(fù)壓、表面高選擇性以及毛細(xì)管作用的協(xié)同工作，油液通過(guò)油管即被連續(xù)地抽取至右側(cè)燒杯，如圖7所示。燒杯中穩(wěn)定的水液位表面表明CNC/GA材料在連續(xù)泵壓下也具有很強(qiáng)的選擇性，且整個(gè)吸油過(guò)程持續(xù)30 s，燒杯中的水液位依然未受到影響，說(shuō)明CNC/GA材料在海洋環(huán)境下治理石油泄漏具有一定的應(yīng)用潛力。同時(shí)，進(jìn)一步研究了CNC/GA材料對(duì)不同黏度和密度有機(jī)溶劑(見(jiàn)表2)的泵送體積與時(shí)間的關(guān)系，其結(jié)果見(jiàn)圖8。

圖7 動(dòng)態(tài)循環(huán)泵送吸附試驗(yàn)Fig.7 Dynamic pumping oil adsorption test

表2 動(dòng)態(tài)循環(huán)泵送吸附試驗(yàn)中所用油品的性能Table 2 Properties of the oil used in the dynamic pumping oil absorption test

圖8 CNC/GA材料對(duì)不同有機(jī)溶劑的泵送體積與 時(shí)間的關(guān)系曲線Fig.8 Relationship curves of pumping volume of different organic solvents absorbed by CNC/GA and time

由圖8可見(jiàn)，經(jīng)過(guò)連續(xù)泵送40 mL的動(dòng)態(tài)吸附試驗(yàn)中，CNC/GA材料對(duì)不同油品的吸附能力表現(xiàn)為：正庚烷>煤油>正己烷>硅油>亞麻籽油>機(jī)油；且在6種油品中，CNC/GA材料的連續(xù)泵送吸附對(duì)正庚烷有最高的吸附效率,這是因?yàn)檎橛休^低的黏度。該試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明油的黏度越小,該復(fù)合氣凝膠材料的吸油速率越快，對(duì)油品的吸收作用越顯著。對(duì)比靜態(tài)吸油倍率試驗(yàn)中油的黏度越大越容易阻礙油分子吸入材料內(nèi)部結(jié)構(gòu),但是它有利于油分子吸附于吸附劑表面,此時(shí)吸附作用大于吸收作用,因此高黏度油品能提高吸附劑的吸油量但卻對(duì)連續(xù)動(dòng)態(tài)循環(huán)泵送吸油的效率有負(fù)面影響。另外，在泵吸過(guò)程中黏度越高的有機(jī)溶劑在抽吸過(guò)程中的泵送體積會(huì)逐步減少，這是由于復(fù)合氣凝膠材料表面剝離脫落導(dǎo)致毛細(xì)管吸收作用減小，因此還需要進(jìn)一步提高復(fù)合氣凝膠結(jié)構(gòu)的機(jī)械性能。

3 結(jié) 論

在石墨烯氣凝膠的基礎(chǔ)上，通過(guò)綠色、高效的兩步還原合成策略，利用纖維素納米晶(CNC)改性降低其表面能，成功制備了可降解的輕質(zhì)疏水復(fù)合氣凝膠材料即CNC/GA材料。一方面，通過(guò)XRD、拉曼表征證明合成產(chǎn)物中氧化石墨烯被完全還原，同時(shí)對(duì)比GA和CNC/GA水接觸角測(cè)量結(jié)果表明CNC/GA材料的疏水性和選擇性增強(qiáng)；另一方面，SEM結(jié)果表明CNC/GA材料孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，油分子可利用吸附作用和毛細(xì)管吸收作用填充在空隙中，其靜態(tài)吸油容量可達(dá)自重的84倍且可重復(fù)使用。此外，進(jìn)一步借助高效持續(xù)的動(dòng)態(tài)循環(huán)泵吸試驗(yàn)，推斷了油品黏度對(duì)動(dòng)態(tài)和靜態(tài)吸附的影響機(jī)制。該納米纖維素/石墨烯復(fù)合氣凝膠材料用作吸油材料均表現(xiàn)出了良好的選擇親油性、吸附容量和可重復(fù)性，因此在降低海洋水體污染，保護(hù)海洋生態(tài)環(huán)境方面具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。