一步气相沉积法制备疏水海泡石及其高效油水分离性能研究

为解决油污处理中吸附材料亲水性强、溶剂浪费等问题，研究人员通过甲基三氯硅烷(MTS)气相沉积法对海泡石进行疏水改性，成功制备出WCAmax达144°、饱和吸油量2.29 g·g?1的高效吸附材料，15次循环后仍保持2.17 g·g?1的性能，为矿物基环保吸油材料开发提供新策略。

　　

石油泄漏造成的环境污染一直是全球性难题。当油膜覆盖水面时，会阻断氧气交换，导致水生生物大规模死亡。传统处理方法如化学分散剂、原位燃烧易造成二次污染，而物理吸附法虽环保却受限于材料性能——天然矿物海泡石虽具高理论比表面积（900 m²·g^?1），但实际应用中因羟基富集导致亲水性强，且酸处理等传统改性方法存在结构破坏风险。如何通过绿色工艺同时实现疏水改性和结构优化，成为突破技术瓶颈的关键。

针对这一挑战，重庆教育委员会资助的研究团队在《Applied Clay Science》发表成果，创新性地利用甲基三氯硅烷(MTS)气相沉积技术，在80℃条件下一步完成海泡石疏水改性与结构重构。该研究通过同步实现三个关键效应：MTS与表面羟基共价键合引入疏水基团、水解聚合生成串珠状SiO₂纳米线增加吸附位点、副产物HCl刻蚀层间Mg²⁺扩大孔道结构，最终获得兼具高疏水性和大比表面积的复合材料。

关键技术包括：大气压气相沉积系统实现MTS可控修饰，X射线荧光光谱(XRF)分析原料成分，扫描电镜(SEM)观测纳米线形貌，傅里叶红外光谱(FT-IR)验证官能团变化，以及氮气吸附-脱附(BET)测定孔隙参数。实验选用河北产纯度≥90%的海泡石为基底，石油醚模拟油污进行吸附测试。

【材料表征】
SEM显示改性后海泡石纤维表面形成串珠状SiO₂纳米线网络，EDS证实Si元素分布均匀化。FT-IR在1270 cm^?1处出现Si-CH₃特征峰，验证疏水基团成功接枝。BET数据表明改性后样品比表面积提升至原样的2.3倍，介孔体积增加47%。

【性能测试】
水接触角(WCA)从未改性时的0°跃升至144°，满足超疏水标准。对石油醚的饱和吸附量达2.29 g·g^?1，较传统脂肪酸改性法提升11%。循环实验中，经n-己烷洗脱15次后，吸附保持率高达94.8%，显著优于同类矿物材料。

【机制解析】
提出"气相修饰-原位造孔"协同机制：MTS蒸气与表面吸附水膜反应生成HCl，后者刻蚀层状硅酸盐中的Mg²⁺形成可溶性MgCl₂，水洗后形成贯通孔道；同时硅氧烷缩合产物在纤维间隙构筑三维纳米结构，双重作用使有效吸附空间扩大。

该研究突破传统液相改性溶剂用量大的局限，通过精确控制气相反应条件，实现材料结构与表面化学性质的同步调控。所获疏水海泡石在海洋溢油应急处理、工业含油废水净化等领域具应用潜力，其"无溶剂化"制备理念为绿色功能材料开发提供新范式。研究还揭示酸性气体副产物的资源化利用途径——通过定向刻蚀提升矿物孔隙率，这一发现可拓展至其他层状硅酸盐材料的改性研究。