【摘要】   

擴散是控制物理化學(xué)過程的重要因素之一，通過設(shè)計材料的宏觀/微觀結(jié)構(gòu)，縮短內(nèi)擴散路徑可以有效的提高擴散動力學(xué)，最近，北京化工大學(xué)楊冬芝教授團隊通過靜電噴霧結(jié)合定向冷凍干燥的方法，制備一系列具有中心發(fā)散微通道或多孔結(jié)構(gòu)的微球，以實現(xiàn)快速的油水分離。

【研究背景】   
隨著全球化程度的提高，采礦業(yè)、紡織業(yè)、食品業(yè)、石油化工業(yè)和金屬/鋼鐵業(yè)等許多行業(yè)都產(chǎn)生大量的含油污水，當(dāng)前已成為嚴(yán)重的全球環(huán)境問題。此外，海上運輸或石油生產(chǎn)過程中頻繁的油泄漏事件對海洋環(huán)境和生態(tài)造成了潛在的災(zāi)難，并且對寶貴的自然資源而言是極大的浪費。因此，從水中有效吸附或分離石油方法和材料的研究需求急劇增加，研究開發(fā)新型多孔材料和吸附劑有相當(dāng)大的意義，其中具有疏水性和親油性的材料是有前景的解決方案。

【亮點】
石墨烯是一種獨特的二維（2D）材料，碳原子的sp2雜化使其具有疏水性和可調(diào)整的界面性質(zhì)，近年來成為解決油污染和吸附問題的有潛力的材料。然而，超薄石墨烯薄膜和層狀石墨烯材料孔隙率低，在水中傾向于聚集，不利于吸附污染物。通過自組裝合成分層3D結(jié)構(gòu)的研究結(jié)果克服了石墨烯基材料的局限性，基于3D結(jié)構(gòu)和化學(xué)功能的獨特組合，可以設(shè)計具有優(yōu)化吸附性能的新型材料。石墨烯基水凝膠和氣凝膠是這些具有高比表面積的3D宏觀材料的兩種典型代表，其微孔和中孔相互連接的網(wǎng)絡(luò)允許離子和分子的接近和擴散，在電極材料、催化和水處理中具有廣泛的應(yīng)用前景。3D結(jié)構(gòu)的高孔隙率結(jié)合石墨烯的超輕、超疏水和超親油性可以制備針對油和有機溶劑的高性能吸附劑，如石墨烯氣凝膠、石墨烯/聚合物復(fù)合海綿、石墨烯/碳納米管氣凝膠等。這些材料表現(xiàn)出優(yōu)異的吸附性能，可廣泛用于環(huán)境領(lǐng)域。利用石墨烯的疏水親油特性及3D結(jié)構(gòu)的多孔性，制備RGO微球，用于快速的油水分離。通過高溫?zé)徇€原，使得GO還原為RGO，CS碳化形成N摻雜無定形碳，pDA碳化形成N摻雜的石墨烯。所制得的N摻雜RGO微球具有疏水親油的特性，并且保留了還原前的中心發(fā)散微通道結(jié)構(gòu)。微球?qū)τ诙喾N油和有機溶劑都有較高的吸附容量和很快的吸附速率。同時，微球可以對分層油水混合物及油水乳液有很好的分離效果，在海洋石油泄漏事故的緊急處理過程有潛在的應(yīng)用前景。

【結(jié)論】
通過靜電噴霧結(jié)合冷凍干燥方法制備GO、GO/CS、GO/多巴胺復(fù)合微球，并利用高溫?zé)徇€原，得到N摻雜RGO微球，微球具有超疏水和超親油的潤濕性。微球外部保持了還原前的蜂巢-蛛網(wǎng)結(jié)構(gòu)，內(nèi)部保留了還原前的中心發(fā)散微通道結(jié)構(gòu)。材料獨特的浸潤性有利于提高內(nèi)擴散速率，微通道結(jié)構(gòu)可以大大縮短內(nèi)擴散路徑，以保證微球具有快速吸附的特點。同時，由于疏水性和π-π共軛作用，微球?qū)τ跐櫥?、泵油、植物油、甲苯、DMF、正己烷、乙酸乙酯都有較高的吸附容量。增大N摻雜量，能夠進一步提高對帶苯環(huán)污染物的吸附容量。利用燃燒法除去吸附的油，吸附劑可以循環(huán)利用，在經(jīng)過10次吸附-燃燒循環(huán)后，吸附容量沒有明顯下降。微球疏水親油的特性，使其對分層油水混合物及油水乳液有很好的分離效果，在海洋石油泄漏事故的緊急處理過程有潛在的應(yīng)用前景。

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