【成果簡介】
近日，中國科學院新疆理化技術研究所環境科學與技術研究室復合材料研究團隊科研人員通過調節材料表面粗糙度以及表面能，設計了具有超疏水特性的油水分離用石墨烯泡沫材料。科研人員利用氧化石墨烯良好成模特性，采用抽濾技術，首先制備了氧化石墨烯的薄膜，運用發泡技術，通過控制反應時間，制備了表面含有一定官能團的石墨烯泡沫，然后在其表面均勻負載了氧化硅的納米顆粒，通過硅烷的修飾，制備出了具有超疏水特性的油水分離用石墨烯泡沫材料，水的接觸角為153°，提高了材料油－水選擇性的同時，保持了石墨烯泡沫的三維結構，對油及有機溶劑具有良好的吸附性能。此外，在制備過程中，科研人員通過調控氧化石墨烯的用量，實現了對超疏水石墨烯泡沫材料厚度的控制，材料最終還可作為油水分離膜使用。由于該材料具有很好的疏水性質，材料在油水分離過程中，分離效率得到了明顯的改善。因此，該材料既可以作為吸附材料使用，還可以作為過濾膜材料使用，進一步擴寬了石墨烯泡沫材料的使用范圍。 相關研究結果以題為“Surface roughness induced superhydrophobicity of graphene foam for oil－water separation”發表在Journal of Colloid and Interface Science上，相關研究工作得到國家自然科學基金等項目資助。
【圖文導讀】
圖1超疏水石墨烯泡沫的結構及油－水分離過程
圖2 示意圖
超疏水石墨烯泡沫的制備流程及油－水分離應用
【研究內容】
新型二維碳材料－石墨烯是構成其它石墨材料的基本單元，特別是由其為基本單元構成的三維結構材料，具有豐富的孔道、較高的比表面積以及疏水親油的特點，使其具有了作為油水分離用吸附劑的基本特征。同時，穩定的、互通的孔道結構以及高的表面化學活性，有利于材料油水分離過程中循環使用性的提高，因此，三維石墨烯逐漸作為一種新型油水分離材料出現在科研領域。
油水分離材料的表面浸潤特性直接影響著油水分離材料對水和油的選擇性，由于目前制備石墨烯泡沫所用的前驅體氧化石墨烯表面具有大量的含氧官能團，通過化學等方法處理后，可以在一定程度上提高其疏水性，但還不具有超疏水的特性（水的接觸角大于150°），使該材料失去了油－水選擇性。