多功能超疏水PDMS@COF@MS海绵在油水分离中实现废弃油脂离子去除

《Journal of Engineering and Technology Management》：Multifunctional superhydrophobic PDMS@COF@MS sponges for ion removal from waste oils during oil/water separation

本文成功制备了一种在室温下原位生长共价有机框架（COF）于三聚氰胺海绵（MS）并利用聚二甲基硅氧烷（PDMS）进行疏水改性的多功能超疏水材料（PDMS@COF@MS）。该材料水接触角（WCA）高达153.4°，具有优异的耐酸碱性、耐久性和阻燃性，对多种有机溶剂连续分离50次以上效率仍超99.4%，并能将废弃油脂中离子浓度从321.28 mg/kg显著降至169.71 mg/kg，结合密度泛函理论（DFT）计算揭示了其离子去除机制，为应对废弃油脂污染提供了新策略。

　　

¹亮点

^1.1不同含量的PDMS@COF@MS的形态结构

通过扫描电子显微镜（SEM）分析了原始MS、COF@MS、PDMS@MS以及用不同含量PDMS修饰的COF@MS的形态和结构。如图2（a）所示，MS呈现出三维（3D）互锁多孔框架，表面相对光滑。在MS骨架上原位生长COF后，COF与三聚氰胺表面之间形成了化学亚胺键。COF@MS复合材料保持了原始MS的3D多孔结构（图2（b））。然而，其表面变得粗糙，覆盖了一层COF涂层，这有助于增强其疏水性能。当用PDMS进一步修饰后，PDMS@COF@MS的表面变得更加粗糙且具有微纳米结构，这是其超疏水特性的关键。随着PDMS含量的增加，材料的疏水性和油吸附能力先增强后趋于稳定，表明存在一个最佳的PDMS负载量。

^1.2结论

在这项研究中，我们通过在室温下原位将COF涂层生长在MS上，随后用PDMS进行修饰，成功开发了一种多功能超疏水材料（PDMS@COF@MS）。该材料在废弃油脂的高效油水分离方面表现出卓越的性能。

（1）PDMS@COF@MS表现出优异的超疏水性，水接触角（WCA）约为153.4°，实现了高效的油水分离。它对各种油类和有机溶剂表现出高吸附容量，范围在24 g/g至58 g/g之间。

（2）该材料具有出色的化学稳定性，能够耐受酸、碱环境，并具有良好的耐久性和阻燃性。

（3）在超过50次的连续分离循环中，对各种有机溶剂的分离效率均保持在99.4%以上，显示出可靠的循环使用性能。

（4）在分离废弃油脂的过程中，该材料能有效降低其中的离子浓度，从321.28 mg/kg降至169.71 mg/kg。密度泛函理论（DFT）计算揭示了其离子去除机制，突出了材料的多功能能力。

总之，这项研究为应对由废弃油脂污染引起的环境挑战提供了一种有前景的策略。