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Yang Y, Guo Z, Liu W. Robust mussel-inspired superhydrophobic sponge with eco-friendly photothermal effect for crude oil/seawater separation[J]. Journal of Hazardous Materials, 2024, 461: 132592.
频繁的石油泄漏对保护生态平衡具有重大影响。然而，传统的超疏水材料仅限于有机溶剂分离缺乏热转换能力。为了应对这些挑战，光热材料作为一种有前途、环境友好和成本效益的解决方案应运而生。这些材料利用太阳能作为恒定电源，有效地降低原油的粘度，而不需要额外的能量输入。本研究采用水解甲基三甲氧基硅烷(MTMS)在聚氨酯(PU)海绵上自组装氮化钛/聚多巴胺(TiN/PDA)纳米颗粒，然后将该海绵浸涂聚二甲基硅氧烷(PDMS)。TiN纳米颗粒作为光热介质，而PDA涂层对TiN纳米颗粒表现出光热协同效应。此外，通过密度泛函理论(DFT)证实，PDA涂层通过与MTMS的化学键合在PU海绵上表现出很强的粘附性。此外，超疏水性海绵在恶劣环境下具有优异的机械或化学稳定性。
图2. (a~c) TiN/PDA纳米粒子的光学照片、TEM图像和廷德尔效应。(d)染色水的光学照片和原始PU海绵、MPU海绵、PMPU海绵上WCA的照片。(e) PU分子示意图。(f~h)原始PU海绵、MPU海绵、PMPU海绵的SEM图。(i)有机溶液下的WCA照片。(j)自组装加工反应机理示意图。(k~ 1) MPU海绵的SEM图像。(m) PMPU海绵的SEM图像。(n) PMPU海绵在水下银镜现象的光学照片。(o) MPU海绵的EDS图。
图3. (a) TiN、TiN/PDA、PU和PMPU海绵的FTIR光谱。MPU海绵(b) C1s， (c) O1s， (d) Si2p的XPS。(e~f)不同应变和300次压释循环时的应力-应变曲线。
图4. (a~c) PDA与PU聚合物反应能的DFT计算。
图5. (a)压缩循环后PMPU海绵的WCA和SA以及压缩过程的光学照片。(b~c)不同pH值水滴和不同海水浸泡天数下PMPU海绵WCA的照片。(d)磨损后PMPU海绵WCA的变化过程和WCA照片。(e) PMPU海绵在机械挤压下对二氯甲烷的吸收能力和吸收保持力。(f) PMPU海绵的吸收质量和原始质量。(g)正己烷和四氯甲烷吸收加工的光学照片。(h) PMPU海绵对不同有机溶剂的吸收能力。
图6. (a~b) PU、MPU和PMPU海绵的UV-Vis-NIR吸收光谱和反射率。(c) PMPU的光热转化机理示意图以及TiN/PDA纳米颗粒在表面的分布和温度。(d) PMPU海绵模型及纳米颗粒在骨架上的分布。(e)以热辐射为主要传热方式的光热吸附材料的温度分布。(f) PMPU-2、PMPU-4、PMPU-6、PMPU-8的温度随浸泡时间的变化曲线。
图7. (a) PU海绵、MPU海绵、PMPU-6温度随时间的变化曲线。(b) 0.5、1、1.5 kW/m2下PMPU-6温度随时间的变化曲线。(c) PMPU-6在10次光热转换循环下温度随时间的变化曲线。(d~f)氙灯下PU和PMPU海绵上表面原油液滴的光学图像。(g~h) PMPU海绵的上表面和侧面红外图像。
图8. (a)真空辅助原油/海水连续分离示意图。(b)原油粘度随温度的变化以及原油在20℃和80℃时的光学图像。(c~d)第一轮光热处理的原油吸收和挤压。(e) PMPU海绵在7次循环中的原油吸收能力和滞留率。(f)真空辅助法原油吸收处理的光学图像。
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中国民用航空飞行学院何强教授团队依托高高原航空安全验证实验室与四川省全电通航飞行器关键技术工程研究中心等省重平台，主要研究方向为表面防除冰，航空橡胶密封等。欢迎相关文献投稿，交流合作。
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