磁性疏水性纤维素纳米纤丝气凝胶的制备及性能研究

何星桦 栾云浩 李宇航 刘婉嫕 王聪 曹慧 刘鹏涛 刘忠

摘要：以 TEMPO 氧化法制备的纤维素纳米纤丝（ CNF ）为原料制备 CNF 气凝胶，随后采用 Fe3O4纳米粒子和十六烷基三甲氧基硅烷（ HDTMS ）对其进行改性制得磁性疏水性 CNF 气凝胶，并对其疏水性能、磁性、吸附性及其他各项性能进行表征。结果表明，交联剂 N，N-亚甲基双丙烯酰胺（ MBA ）可提高 CNF 之间的结合强度，使气凝胶结构更加稳定、不易被破坏。制备得到的气凝胶密度和孔隙率分别为0.015 g/cm3和99.02%，其水接触角可达133°，表现出优异的超疏水性，吸附倍率最高可达145 g/g （机油）;同时，添加 Fe3O4纳米粒子使气凝胶具备较好的磁响应性能，有利于气凝胶的后期回收。

关键词：纤维素纳米纤丝;十六烷基三甲氧基硅烷;Fe3O4纳米粒子;气凝胶

中图分类号：TS721;TB33文献标识码：A DOI：10.11981/j. issn.1000?6842.2021.04.33

由于海洋石油工业的快速发展，在石油开采和石油运输期间常发生溢油事故[1]，因此，亟需开发出解决油污的有效方法。与传统方法相比，物理吸附法由于易于操作、吸附能力强和成本低等优点而被广泛用于清理水面溢油[2]。常见的物理吸附剂主要包括无机吸附剂[3]（二氧化硅和有机黏土）、有机吸附剂[4]（木屑和活性炭）和合成有机吸附剂[5-6]（聚氯乙烯和聚苯乙烯泡沫材料）。然而这些吸附材料的吸附能力相对较低且油水选择性较差;尽管合成有机吸附剂具有高度疏水性，但可能会造成二次污染，且其降解问题仍然存在较大的挑战[7]。因此，有必要开发环境友好型、疏水且亲油的高效吸油材料。

作为一种超轻且高度多孔的材料，气凝胶已被证明是一种非常有效的吸附剂[8]。……