【摘 要】
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目前,油污染问题日益严峻,如何高效分离油水混合物成为油水分离领域亟需解决的问题。纤维素基多孔材料由于具有环境友好且可生物降解等优点,在油水分离领域被广泛研究。然而,现有的纤维素基多孔材料大多存在原料成本高、机械性能差、吸收能力低等缺点,难以大规模生产和使用。因此,降低纤维素基多孔材料的制备成本和提高其机械性能是扩大其在油水分离领域应用的关键。近年来,研究人员将纤维素和其他生物高分子复合,成功制备出
【基金项目】
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国家自然科学基金（21776107）; 广东省重点领域研发项目（2020B1111380002）
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目前,油污染问题日益严峻,如何高效分离油水混合物成为油水分离领域亟需解决的问题。纤维素基多孔材料由于具有环境友好且可生物降解等优点,在油水分离领域被广泛研究。然而,现有的纤维素基多孔材料大多存在原料成本高、机械性能差、吸收能力低等缺点,难以大规模生产和使用。因此,降低纤维素基多孔材料的制备成本和提高其机械性能是扩大其在油水分离领域应用的关键。近年来,研究人员将纤维素和其他生物高分子复合,成功制备出一系列油水分离材料,但将木质素掺入纤维素基多孔材料中却鲜见报道。木质素来源广泛、成本低廉,其本身具有刚性三维网络结构,分子中存在的大量活性基团也有利于吸附,在油水分离领域有着巨大的应用潜力。本工作首先采用工业碱木质素（不经纯化和改性）和羟乙基纤维素为原料,以环氧氯丙烷为交联剂,通过化学交联和冷冻干燥制备了低密度（0.0204 g/cm~3～0.0838 g/cm~3）、亲水性（水接触角分布在32.58°～45.52°）的木质素/纤维素多孔材料,研究了不同环氧氯丙烷含量和不同工业碱木质素含量对多孔材料性能的影响。研究表明,环氧氯丙烷的含量和工业碱木质素的含量能显著影响多孔材料的网络结构和水吸收性能。当环氧氯丙烷含量为0.6 m L、工业碱木质素含量为73%时,制备的多孔材料（LCB-0.4-aerogel）具有优异的蜂窝网状孔隙结构、亲水性和饱和吸水量,并且它对三种油水混合物和三种O/W乳液具有良好的油水分离效果（分离效率高于90%）,循环分离五次仍然能保持良好的分离性能。为了扩大该多孔材料的应用领域,通过浸渍法利用正十二烷硫醇制备了疏水性木质素/纤维素多孔材料,研究了不同用量的正十二烷硫醇对多孔材料疏水性和油水分离性能的影响。研究表明,随着正十二烷硫醇用量的增加,多孔材料的水接触角从86.42°增加到111.18°,油水分离性能增强。当正十二烷硫醇用量为0.4 m L时,制备的多孔材料（HLC-0.4-aerogel）性能优异,对不同油品的饱和吸收量为9.76 g/g～37.46 g/g,油吸收速率为12.20 mg/s。进一步地,为了使该多孔材料能从油水混合物中快速回收,通过浸渍法利用正十二烷硫醇和纳米Fe3O4粒子制备了疏水磁性木质素/纤维素多孔材料,研究了不同浸渍时间对多孔材料磁性能、疏水性和油水分离性能的影响。研究表明,随着浸渍时间的增加,多孔材料中纳米Fe3O4粒子的负载量显著增加,使得多孔材料的磁性能（饱和磁化强度从1.73 emu/g增加到7.77 emu/g）、疏水性（水接触角从92.15°增加到131.98°）和油水分离能力增强。当浸渍时间为30 min时,制备的多孔材料（HFLC-30-aerogel）性能优异,对不同油品的饱和吸收量为8.71 g/g～28.07 g/g,油吸收速率为2.03mg/s。同时,HLC-0.4-aerogel和HFLC-30-aerogel对海水环境中的油水混合物和O/W乳液都具有良好的分离能力,循环分离三次仍然能保持良好的分离性能。本文成功将未经纯化和改性的工业碱木质素掺入至纤维素基多孔材料中,制备了木质素/纤维素多孔材料,材料中碱木质素的含量高达73%。碱木质素的引入,能显著改善纤维素基多孔材料的网络结构和机械性能,并且极大降低了纤维素基多孔材料的生产成本,为用于油水分离领域的纤维素基多孔材料的制备提供了一条新思路。
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