介紹

隨著社會(huì)的發(fā)展，水污染問(wèn)題將越來(lái)越嚴(yán)重，引起嚴(yán)重的生態(tài)危機(jī)，這已成為全世界基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究的重點(diǎn)。漏油，工業(yè)廢水排放和有機(jī)溶劑泄漏是造成水污染的主要原因。目前采用一些傳統(tǒng)方法來(lái)解決此嚴(yán)重問(wèn)題，如分散劑、吸附劑材料、撇油器容器和圍油欄。吸附材料工藝簡(jiǎn)單且具有出色的吸附效率，是最有前途的方法。

多孔材料（如羊毛纖維、活性炭、膨脹石墨、BN納米片）可通過(guò)簡(jiǎn)單有效的吸收過(guò)程將油水分離，已被廣泛用作吸收劑。通常，理想的吸收材料應(yīng)具有低密度、高吸附能力、出色的可回收性和環(huán)境友好性。但是低吸附能力和可回收性差嚴(yán)重限制了它們的實(shí)際應(yīng)用。因此，非常需要開(kāi)發(fā)具有高吸附能力和優(yōu)異的可回收性的吸附材料。MoS₂是具有石墨烯狀結(jié)構(gòu)的層狀過(guò)渡金屬二硫化物，在催化，電池和傳感器領(lǐng)域具有廣闊的前景。

近期，南洋理工大學(xué)使用冷凍干燥法成功地制造了3D MoS₂-PVP氣凝膠。作為表面活性劑，PVP可以輕松地附著在MoS₂納米片的表面，并促進(jìn)納米片之間的相互連接。3D MoS₂-PVP氣凝膠具有高吸附能力和強(qiáng)大的可回收性。經(jīng)過(guò)30個(gè)循環(huán)后，通過(guò)擠壓和蒸餾，氣凝膠的結(jié)構(gòu)和吸附能力保持在93.5％和92.9％，它可用作環(huán)境修復(fù)吸附材料。相關(guān)成果“A three-dimensional porous MoS2-PVP aerogel as a highly efficient and recyclable sorbent for oils and organic solvents”發(fā)表在《Materials Advances》。

結(jié)果與討論

圖1描繪了3D MoS₂-PVP氣凝膠的組裝過(guò)程。兩親性PVP可用作支撐氣凝膠的框架。MoS₂的橫向尺寸約為200-600 nm。相比于純的PVP，添加的MoS₂ 氣凝膠的比表面積增大。

圖 1 3D MoS 2 –PVP氣凝膠的組裝過(guò)程。

XRD圖證實(shí)PVP是無(wú)定形性質(zhì)，且MoS₂-PVP氣凝膠的強(qiáng)度比高于MoS₂-PVP，說(shuō)明PVP促進(jìn)MoS 2納米片的剝離（圖2a-b）。FTIR光譜中，MoS₂-PVP凝膠的特征峰藍(lán)移至3289、1686、1420和1131 cm^-1，表明MoS 2和PVP之間的相互作用（圖2c-d）。

圖2 （a和b）MoS₂，MoS₂-PVP氣凝膠和PVP的XRD圖譜。（c和d）MoS₂，MoS₂ -PVP氣凝膠和PVP的FTIR光譜。

3D MoS₂-PVP氣凝膠可以穩(wěn)定地站立在花朵的表面（圖3a），且具有良好的疏水性。圖3b-c顯示了氣凝膠的水接觸角，MoS₂含量增加可增加其水接觸角。還在過(guò)程中觀察到鏡面反射（圖3d），說(shuō)明氣凝膠和周圍水之間形成了新的界面，這進(jìn)一步證實(shí)了3D MoS₂-PVP氣凝膠的疏水性。

圖3（a）站在花面上的3D MoS₂-PVP氣凝膠的照片。（b）3D MoS₂-PVP氣凝膠WCA的照片。（c）具有不同濃度的MoS₂的3D MoS₂-PVP氣凝膠的WCA 。（d）鏡面反射的照片。

3D MoS₂-PVP氣凝膠具有良好的疏水性和出色的機(jī)械穩(wěn)定性，是去除各種油脂和有機(jī)溶劑的理想吸附材料之一。如圖4a，將3D MoS₂-PVP氣凝膠放在油水混合物的表面時(shí)，它可以完全而迅速地吸收油。此外， 3DMoS₂-PVP氣凝膠對(duì)各種油和有機(jī)溶劑具有出色的吸附能力，可吸收高于自身重量195至649倍于的溶劑（圖4b）。

圖4 3D MoS₂-PVP氣凝膠的吸收性能。（a）3D MoS₂-PVP氣凝膠吸收的照片及對(duì)各種有機(jī)溶劑和油的吸附能力（b）。

3D MoS₂-PVP氣凝膠的吸附能力高于以前報(bào)道的吸附材料，如片狀石墨（60-90倍），碳納米管海綿（80–180倍），石墨烯海綿（60–160倍），還原型氧化石墨泡沫（5–40倍）。制備3D MoS₂-PVP氣凝膠的方法相對(duì)簡(jiǎn)單，其前體相對(duì)便宜。因此，作者認(rèn)為，該氣凝膠是最有前途的環(huán)境修復(fù)吸附劑。

油水分離的關(guān)鍵是污染物的可回收性，因?yàn)榇蠖鄶?shù)污染物都含有有價(jià)值和有害的物質(zhì)。兩種典型的回收污染物的方法是擠壓和蒸餾。被3D MoS₂-PVP氣凝膠吸收的十八烯可以通過(guò)擠壓回收。當(dāng)釋放壓力時(shí)，氣凝膠可以恢復(fù)到其原始形狀（圖5a）。3D MoS₂-PVP氣凝膠的吸收-壓縮循環(huán)過(guò)程中保持良好的結(jié)構(gòu)，在30個(gè)循環(huán)后，仍保持93.5％的吸附能力（圖5b），和92.9％的吸附能力（圖5c），表明其良好的可回收性。因此，該氣凝膠可通過(guò)擠壓、蒸餾或兩種方法的組合用于去除污染物。在油水分離領(lǐng)域顯示出巨大的潛在實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

圖5 3D MoS₂–PVP氣凝膠的回收。（a）吸附-壓縮過(guò)程。（b）3D MoS₂-PVP氣凝膠用于回收十八烯的吸附-壓縮循環(huán)。（c）3D MoS₂-PVP氣凝膠用于回收庚烷的吸附-蒸餾循環(huán)庚烷。

結(jié)論

綜上所述，采用冷凍干燥法制備了密度低、疏水性好、吸附能力強(qiáng)、可回收性極好的3D MoS₂-PVP氣凝膠。3D MoS₂-PVP氣凝膠的吸附能力可以達(dá)到其自重的195-649倍。此外，經(jīng)過(guò)30個(gè)循環(huán)后，3D MoS₂-PVP氣凝膠的結(jié)構(gòu)得到了很好的維護(hù)，并且通過(guò)擠壓和蒸餾，該凝膠仍分別保持了93.5％和92.9％的吸附能力。該氣凝膠在油水分離中具有極好的潛力。

參考文獻(xiàn)：doi.org/10.1039/D0MA00219D

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