青科大:氧化石墨烯/羟基磷灰石纳米线气凝胶,用于含油废水精华

发布时间:2022-05-30   文章来源: 材料分析与应用   访问量:

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       鉴于实际废水系统的严重危害性和复杂多样性,开发一种具有高吸附效率、广谱适用性和良好可回收性的坚固多功能吸附材料来处理水中的各种污染物(如油和氟离子)是非常必要的;然而,迄今为止,这仍然是一个令人望而生畏的目标。本文,青岛科技大学Guangfa Zhang等研究人员在《ACS Appl. Mater. Interfaces》期刊发表名为“Robust and Multifunctional 3D Graphene-Based Aerogels Reinforced by Hydroxyapatite Nanowires for Highly Efficient Organic Solvent Adsorption and Fluoride Removal”的论文,研究通过简便的溶胶-凝胶自组装技术开发了具有可调节表面润湿性的新型机械稳健和卓越的氧化石墨烯/羟基磷灰石纳米线 (GO/HAPNW) 气凝胶 (RGHAs/聚多巴胺 (PDA)@RGHAs),随后可选的仿生亲水改性。由于具有较高纵横比的 HAPNW 的增强作用,由此产生的气凝胶获得了显着改善的机械强度(包括优异的可压缩性和超弹性)。基于有利的选择性润湿性能(即,RGHA 的疏水/亲油性)和优异的机械稳定性的协同作用,气凝胶对各种油/有机溶剂表现出出色的吸附性能,并具有显着的可回收性。


       具体而言,基于快速吸附动力学过程,实现了高达自身质量(泵油)191倍的相当高的吸附能力。更重要的是,超两亲三维(3D)RGHAs 具有疏水/亲油性)和出色的机械稳定性,气凝胶对各种油/有机溶剂表现出出色的吸附性能,同时具有显着的可回收性。具体而言,基于快速吸附动力学过程,实现了高达自身质量(泵油)191倍的相当高的吸附能力。且超两亲三维(3D)PDA@RGHAs对水溶性氟离子具有非凡的去除能力,表现出优异的平衡吸附能力(q e,9.93 mg/g),明显优于最近报道的低维氟吸附材料。因此,所制备的 3D 气凝胶结合了优异的油/有机溶剂吸附和优异的脱氟能力,在有效的复杂含油废水净化方面具有竞争性的应用前景。



图1. RGHAs和PDA@RGHAs的制备过程示意图。



图2. (a) XRD 图案,(b) 拉曼光谱,和 (c) 相关材料的TGA曲线。



图3. (a-d) RGHA1 和 (e, f) PDA@RGHA1横截面的 SEM 图像。



图4、RGHA3气凝胶的机械性能



图5. RGHA1 和PDA@RGHA1的表面润湿性



图6、RGHAs的有机溶剂吸附性能



图7.PDA@RGHA气凝胶的除氟性能


       简言之,成功地制备了功能强大的新型三维氧化石墨烯/羟基磷灰石纳米线气凝胶(包括高度疏水/亲油RGHAs和超亲水RGHAsPDA@RGHAs)通过化学还原诱导组装以及多巴胺亲水修饰的方法。在气凝胶中引入HAPNWs是一种有效的二次增强成分,它在显著改善所形成气凝胶的力学性能和吸附性能方面起着“一石二鸟”的作用。

文献:https://doi.org/10.1021/acsami.2c03622


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