Ind Crop Prod and J Hazard Mater:木棉纤维油液吸附特性和油水分离应用研究
发布时间: 2016-05-24

荷兰杂志“Industrial crops and products”和“Journal of hazardous materials相继刊发三篇东华大学纺织学院徐广标教授等在木棉纤维油液吸附特性和油水分离应用研究的重要成果。研究人员以单纤维层面微油液吸附研究着手,阐述了木棉纤维表面油液吸附特性,通过纤维集合体油液吸附动力学的研究,有趣的展示木棉纤维中腔和纤维间孔隙双尺度油液吸附能力,并建立木棉纤维双尺度孔隙吸油预测模型,阐述中腔结构对纤维吸油的重要影响。基于此,相关人员通过气流-成网-粘合方法,以气流操控纤维避免对纤维中腔的破坏,制备各类髙孔木棉纤维三维结构吸油体,展示了其高油液吸附和拦截特性。

石油泄漏等造成的水污染成为我们如今面临的主要环境问题之一,为了最大程度回收溢油和减少危害,吸油材料成为了最理想选择。常用的合成高分子材料大多以石油副产品为合成单体,这类材料制备工艺复杂、缺乏可应用性、产生二次环境污染等普遍问题,使天然廉价吸附材料的开发和应用受到高度重视。木棉纤维是一种天然拒水亲油的植物果实纤维,由于其独特的薄壁大中腔结构而吸引众领域的学术目光。其作为一种天然拒水吸油材料,相继被新加坡南洋理工大学、马来西亚国油大学和印度理工学院中国兰州中科院以及上海东华大学徐广标等研究团队报道,通过散纤维集合体油液吸附和保持能力的比较评估,突显了木棉纤维作为一种吸油材料具备的优势和潜力。

徐广标研究团队基于WORK方法,得出木棉纤维表面自由能仅49.65 mN/m,其中非极性分量远远大于极性分量,分别为44.74 mN/m4.91 mN/m。在纤维集合体吸油过程中,油液不仅吸附在纤维表面和纤维间孔隙,且快速渗入到纤维中腔。通过结合washburn的毛细芯吸理论,该团队从纤维中腔和纤维间两个层面,建立了木棉纤维集合体双尺度孔隙特征的吸油模型,量化论述了纤维中腔结构对其集合体吸油量的大小具有重要影响,并纤维填充密度的增大而进一步增强,在0.10 g/cm3的填充密度下,纤维中腔的吸油量占到了纤维总吸油量的1/5。同时,通过探索各种制备髙孔纤维吸油絮片方法,发现采用气流操控纤维具有突出优势,由此通过引入10-20% 的聚丙烯/聚乙烯皮芯型复合纤维(ES),以气流-成网-热粘合工艺成功制备了各类三维结构化的木棉纤维集合体,其中所制备木棉/中空PET吸油絮片具有高达98.02 %的平均孔隙率,单位质量絮片可吸附43 ~ 63 g的不同油液,并在悬挂静态24 h后,保留住80 % 以上吸收的油液。通过油液拦截试验,报道了该吸油絮片在动静态条件下,对水面油液的拦截效率,分析了不同性质油液随时间延长的泄漏特性。该系列成果对今后木棉纤维吸油材料的制备和其油水分离应用将发挥重要作用。

这些成果分别有两篇发表在Industrial crops and products”,一篇发表在“Journal of hazardous materials”,文章以徐广标教授为通讯作者,博士研究生董婷为第一作者,得到了中央高校基本业务经费资助项目以及学校博士研究生论文创新基金等支持。原文出处:Industrial Crops and Products61 (2014): 325-330; Industrial Crops and Products76 (2015) 25-33; Journal of Hazardous Materials 305 (2016): 1-7