非氟化光热木质素微球/蜡烛烟灰基超疏水海绵在原油回收及油水混合物/乳液分离中的应用研究

针对原油泄漏和工业含油废水造成的环境威胁，研究人员通过聚二甲基硅氧烷(PDMS)修饰木质素微球(LMs)/蜡烛烟灰(CSs)，成功制备出非氟化光热超疏水聚氨酯(PU)海绵。该材料在化学稳定性、机械耐久性(耐浸泡、摩擦、弯曲等)方面表现优异，对油类吸附容量达29.1-129.3 g/g，对CCl4 和原油的分离效率分别达99.2%和95.2%，并在10次循环后仍保持高效。其光热协同效应使表面温度升至79.3°C，16秒内可吸附500 μL原油(1太阳光照)，为海洋溢油事故和日常油水分离提供了创新解决方案。

　　

全球频发的原油泄漏事件和工业含油废水排放，如同潜伏在海洋与河流中的“黑色幽灵”，不断威胁着水生生态系统和人类健康。2010年墨西哥湾“深水地平线”平台爆炸事故的阴霾尚未散尽，如何高效处理黏稠原油和乳化油污仍是环保领域的重大挑战。传统方法如原位燃烧会产生二次污染，生物修复效率低下，而常规吸附材料难以兼顾高吸附容量和快速响应能力。在这一背景下，杭州电子科技大学的研究团队独辟蹊径，从自然界中寻找灵感——他们注意到荷叶表面的超疏水现象和生物质废弃物的潜在价值，开发出一种兼具光热转化能力的超疏水海绵，相关成果发表于《Journal of Hazardous Materials》。

研究团队采用三步策略：首先通过自组装法制备直径3.1 μm的木质素微球(LMs)，收集蜡烛燃烧烟灰(CSs)并经200°C煅烧纯化；随后将LMs/CSs与聚二甲基硅氧烷(PDMS)复合修饰到PU海绵骨架，构建多级粗糙结构；最后通过接触角测试、吸附实验和光热性能评估验证材料效能。

材料设计与表征
扫描电镜显示LMs呈规则球形，CSs为20-50 nm的纳米颗粒，二者协同形成微纳复合结构。X射线光电子能谱证实PDMS成功包覆，赋予材料156.3°的水接触角(WCA)和低于10°的接触角滞后(CAH)。

稳定性测试
材料在pH 1-14溶液浸泡72小时后WCA仍>150°；经砂纸摩擦(压力5 kPa)、1000次弯曲压缩或胶带剥离后，超疏水性未显著下降，证明其机械鲁棒性。

油水分离性能
对CCl₄
/水混合物的分离效率达99.2%，原油达95.2%；对含1% Span-80的原油乳液，10次循环后效率仍保持94.9%。吸附容量测试显示，对低粘度溶剂(如正己烷)达129.3 g/g，高粘度原油为58.4 g/g。

光热协同机制
在1太阳光照下，LMs的π-π*电子跃迁与CSs分子热振动产生协同效应，使表面温度10分钟内升至79.3°C，原油吸附速率提升3倍。分子动力学模拟表明，PDMS的疏水链段与原油烷烃结构存在强范德华力。

环境应用验证
在模拟海洋溢油实验中，1 cm³
海绵5分钟内回收8.7 g原油；-15°C环境下，光照5分钟即可融化表面冰层，展现抗冰潜力。

这项研究通过“变废为宝”的策略，将工业副产品木质素和蜡烛烟灰转化为高性能环境材料。其非氟化设计避免了全氟化合物(PFCs)的生态风险，而129.3 g/g的吸附容量刷新了同类材料的记录。更重要的是，光热协同效应的揭示为处理高粘度污染物提供了新思路——就像给海绵装上了“太阳能加热器”，让黏稠的原油变得“听话”。该技术若应用于海上溢油事故，可大幅提升回收效率，降低处理成本。未来通过优化LMs/CSs比例和PDMS交联度，有望进一步拓展其在极地油污治理和工业废水深度处理中的应用疆域。