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新疆农业大学 《CEJ》: 高疏水性LS/石墨烯气凝胶,用于油水分离
出处:材料分析与应用  录入日期:2024-07-09  点击数:154

  1成果简介
  解决油水分离材料机械强度差和分离效率低的难题,将木质素纳米颗粒组装到三维气凝胶中以应对复杂的问题。本文,新疆农业大学李君 副教授团队在《Chemical Engineering Journal》期刊发表名为“Enhanced Separation Flux and Compressive Strength for Oil-Water Separation by Adding Sodium Lignosulphonate”的论文,研究采用水热还原氧化石墨烯(GO)并与木质素纳米颗粒(LSs)复合,制备了木质素纳米颗粒/还原氧化石墨烯(rGO)气凝胶(LNGA),通过改性技术获得高疏水性气凝胶(MLNGA),用于油水分离。
  通过X射线衍射(XRD)证明了LSs对改善还原氧化石墨烯的层间间距有着积极的作用,这有助于MLNGA获得优良的分离通量(四氯化碳/水,43209.71     L×m-2 ×h-1)。MLNGA在80%的应变下,可承受的应变力提高到49.91 kPa。同时在连续油分离装置上具有良好的分离效率(~99.12%)。这些结果表明,木质素纳米颗粒/还原氧化石墨烯(rGO)气凝胶在油水分离应用中具有优异的性能。此外,这种设计概念涉及静电排斥,并可能为其他阴离子大分子,如海藻酸钠、单宁酸和果胶提供更广阔的平台。
  2图文导读 

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  图1.LNGA和MLNGA的制备示意图。

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  图2.(a) GO、NGA、LNGA和MLNGA的FTIR图谱、(b)XRD曲线和(c)拉曼光谱。

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  图3. MLNGA的(a)XPS光谱。MLNGA中(b)C 1s、(c)N 1s、(d)O 1s(e)S 2p和(f)Si 2p的高分辨率XPS光谱。


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  图4. GO、NGA、LNGA和MLNGA的TGA曲线;(b)NGA、LNGA和MLNGA在30%应变下的应力-应变曲线;(c)MLNGA在20%、30%、40%、50%、60%、70%和80%应变下的应力-应变曲线;(d)MLNGA在30%应变下50个循环的应力-应变曲线;(e)由叶片支撑的NGA和MLNGA以及由狗尾草支撑的LNGA的宏观图像;(f1-f3)MLNGA在200 g重量下的压缩实验;以及(g1-g3)MLNGA在30%应变下的50次循环压缩实验。


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  图5. NGA(a1-a2)、LNGA(b1-b2)和MLNGA(c1-c2)的SEM图像;(d-i)MLNGA的C、N、O、S和Si的元素分布;(j)MLNGA的EDS光谱。


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  图6.(a1-a3)NGA、(b1-b3)LNGA和(c1-c3)MLNGA的水接触角;(d1-d2)MLNGA放入水中的银镜现象;以及(e)放置在MLNGA上的水、咖啡、茶、pH=12.7的NaOH水溶液和pH=1.8的HCl水溶液的图像。


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  图7. (a1-a4)在真空泵下通过MLNGA分离油水混合物;(b)真空泵作用下MLNGA分离油水混合物示意图;以及(c)通过MLNGA对苯、正己烷、环己烷和二甲苯的分离效率。



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  图8.(a)MLNGA吸附水中二氯甲烷的图像(油红染色);(b)MLNGA吸附水中正己烷的图像(油红染色);(c)MLNGA对二甲苯、正己烷、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、大豆油、菜籽油和二甲基硅油的吸收能力;(d)MLNGA重力连续分离图像;通过重力进行MLNGA连续分离的示意图;(f)MLNGA对二氯甲烷、氯仿和四氯化碳的分离通量和效率;(g)MLNGA在10次分离循环后回收四氯化碳;和(h)在10个分离循环后通过MLNGA回收氯仿。
  3小结
  综上所述,我们设计并制备了通过MTMS改性的LSs/rGO油水分离材料。LSs已被证明对rGO的层间距变化有积极影响,即LSs和GO之间的静电排斥可能起着重要作用,因此,MLNGA显示出了优异的机械性能、分离通量和分离效率。MLNGA显示出高疏水性表面(水的接触角为148.85°),并且在80%的应变下,可承受的应变力提高到49.91 kPa。MLNGA对四氯化碳/水的分离通量可达到43209.71 L×m-2×h-1,此外,MLNGA在十次循环后仍可保持高效分离。在泵驱动的油水分离装置上,它也显示出良好的分离效率(~99.12%,二甲苯/水混合物)。所有这些结果表明MLNGA在油水分离应用中的优异性能和潜力。
  文献:


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