С быстрым развитием морского транспорта, аварии с разливами нефти и органических растворителей часто случаются, что приводит к серьезному загрязнению окружающей среды. Огромное покрытие поверхности моря нефтяным загрязнением приведет к массовой гибели живых организмов в этом районе из-за недостатка кислорода и нанесет ущерб морской экологии. В то же время токсичные химические вещества, содержащиеся в нефтяных загрязнителях, постепенно накапливаются в организме и в конечном итоге представляют опасность для здоровья человека. Удаление сырой нефти и органических растворителей с поверхности моря стало сложной задачей. Полиуретановый пено, как трехмерный пористый структурный материал, широко используется в области поглощения масла. В настоящее время исследования по поглощению масла в пеноуретановых пенах в основном сосредоточены на поверхностном модификации коммерческих пенообразований. Тем не менее, сырье для синтеза коммерческой пенополиуретановой пены C
Производится из нефтяных ресурсов и не обладает экологическими характеристиками. Поэтому очень важно разработать высокоэффективный масляный поглотительный материал биомассы.
Недавно исследователи Чэнь Чжэнь и Чжу Цзинь из группы биологически основанных полимерных материалов Института материалов и инженерии Нинбо при Академии наук Китая сотрудничали с группой профессора Яньнин из Университета Торонто в обработке морских разливов нефти на основе лигнина полиуретановых адсорбентов (Chem). Английский. J. 2021, 415, 128956; Американское химическое общество применяет наноматериалы. 2022, 5, 2848-2858; J. Обработка воды. 2022, 46, 102643).
Во-первых, команда подготовила один шаг углеродные нанотрубки на основе лигонинной сырой нефти, которые поглощают пеноматериалы для эффективной рекуперации сырой нефти (рисунок 1). Этот адсорбтор использует традиционный процесс пенообразования полиуретановых, метод приготовления является простым. Под воздействием солнечного света (1000 Вт / м2), подготовленная пеновая поверхность может достигать температуры до 90 ° C, в течение 6 минут может быть восстановлена более чем в 6 раз ее собственный вес сырой нефти и может быть разложена в щелочной среде, что делает зеленый материал для зеленой инженерии. (Химическая. Английский. J. 2021, 415, 128956)
Затем команда работала с исследователем Хуан Цзинь из Лаборатории передовых энергетических материалов инженерии, чтобы ввести нанопластики MXenes с более высокой дисперсионностью, более высокой эффективностью фототермического преобразования и биоразлагаемостью в пеномассив (рисунок 2). Результаты показали, что биологический композитный полиуретановый пено имеет хорошую способность к фототермическому преобразованию (50,1%). При солнечных лучах (1000 Вт/м2) максимальная температура поверхности достигает 83 °C, что обеспечивает эффективную добычу тяжелой нефти. Более того, материал может быть разложено в смешанном растворе гидроксида натрия / метанола в 0,5 моль / л, а остатки в основном являются экологически безопасными веществами, содержащими диоксид титана и углерод. (ACS применяет наноматериалы). 2022, 5, 2848-2858)
Основываясь на этом, команда разработала новый сверхгидрофобный магнитный полиуретановый пенат на основе лигнина (рисунок 3), подходящий для различных сложных сред, который имеет всепогодные характеристики сепарации нефти и воды, поскольку он может восстанавливать сырую нефть в солнечном свете с помощью света и тепла, а в отсутствие солнечных лучей – с помощью сверхгидрофобных поверхностных свойств для обычного разделения нефти и воды. Поверхностная модификация силиканов делает его сверхгидрофобным, а угол контакта воды достигает 156°. Введение наночастиц Fe3O4 дает пену отличные фототермические и магнитные свойства. Под солнечным воздействием (1000 Вт / м2), максимальная температура на пеновой поверхности может достигать 66,5 °C, а поглощение сырой нефти составляет 4,89 г / г. В то же время, из-за присутствия оксида железа, пено имеет хорошие магнитные свойства.
Насыщенная магнитная сила составляет 5,48 мв/г. Этот адсорбент может быть задействован и восстановлен магнитным полем. (Д) очистка воды. 2022, 46, 102643)
В целом, полиуретановые композиты на основе лигнина, разработанные группой биополимеров, обладают превосходными свойствами в экологической обработке утечек органических растворителей или рекуперации сырой нефти и могут быть разложены простым способом после использования, что минимизирует загрязнение окружающей среды. Эта работа не только нашла выход для применения полиуретановых пенополи на основе лигнина, но и предложила идеи для будущего применения полимерных материалов на биологической основе.
Вышеупомянутые достижения были поддержаны Национальной приоритетной программой НИОКР (2017YFE0102300), проектом OCE #29983 (Канада), Национальным фондом естественных наук (51902319, 31901263) и проектом научно-технического плана Нинбо (202002N3127).
(Источник: Научно-техническое бюро города Нинбо)