高强度可回收超疏水磁性木质素改性聚氨酯海绵的制备及其高效油水分离性能研究

针对油污染治理中材料选择性差、回收困难等问题，研究人员以磷酸化碱木质素(PL)为模板，通过原位生成Fe3 O4 颗粒，结合PDMS/MTMS疏水改性，开发出兼具超疏水性(WCA 152.2°)、高吸油量(7.95-20.48 g/g)和磁性(2.87 emu/g)的PL@Fe3 O4 复合海绵，为木质素高值化利用和油水分离材料设计提供新思路。

　　

海洋溢油事故和工业含油废水正持续威胁生态系统健康——油膜会阻碍水生植物光合作用，沉积物则窒息底栖生物。传统化学法易造成二次污染，生物降解法周期过长，而普通物理吸附材料如聚氨酯(PU)海绵又因亲水亲油特性导致选择性差。更棘手的是，吸附饱和后的材料难以高效回收。这些痛点推动着研究者开发兼具高选择性、易回收的新型油水分离材料。

浙江理工大学的研究团队独辟蹊径，将农业废弃物碱木质素(AL)转化为功能材料。通过磷酸化改性获得分散性优异的磷酸化木质素(PL)，以其为模板原位生成均匀分布的Fe₃
O₄
磁性颗粒，再协同聚二甲基硅氧烷(PDMS)和甲基三甲氧基硅烷(MTMS)构建超疏水涂层，最终制备出可磁力回收的PL@Fe₃
O₄
复合海绵。这项突破性成果发表在《Progress in Organic Coatings》上，为木质素高值化利用和绿色油水分离技术开辟新路径。

关键技术方法

1. 磷酸化改性：通过NaH₂
   PO₄
   与环氧氯丙烷(ECH)反应中间体，在AL表面嫁接磷酸基团制备PL

2. 原位矿化：利用PL的磷酸基团静电吸附Fe²⁺
   /Fe³⁺
   ，碱性条件下生成均匀分散的Fe₃
   O₄

3. 疏水改性：PDMS水解形成的硅氧烷长链与MTMS协同构建超疏水表面

4. 磁性能调控：通过Fe₃
   O₄
   含量优化实现2.87 emu/g的饱和磁化强度

研究结果

材料设计与表征
通过FTIR证实AL成功磷酸化，XRD显示Fe₃
O₄
特征峰且无杂质相。SEM显示PL@Fe₃
O₄
颗粒均匀锚定在PU骨架上，孔隙率保持90%以上，破解了纳米颗粒易团聚的难题。

超疏水性能
水接触角达152.2°，归因于PL/Fe₃
O₄
构建的微纳粗糙结构与PDMS低表面能协同效应。对比实验显示，单独使用PDMS时WCA仅138°，证实MTMS的协同增效作用。

油水分离性能
对柴油、泵油等有机物的吸附容量达7.95-20.48 g/g，经10次挤压循环后仍保持初始性能的92%。磁性测试表明，2.87 emu/g的饱和磁化强度可实现快速磁响应回收。

环境稳定性
在pH 2-12范围、紫外照射6h后WCA降幅<5%，盐水浸泡30天仍保持超疏水性，满足复杂环境应用需求。

结论与意义
该研究通过"生物质模板-原位矿化-疏水改性"三级设计策略，成功将农业废弃物转化为高性能油水分离材料。创新性地利用PL既作为分散剂防止Fe₃
O₄
团聚，又作为粗糙结构组分，与硅氧烷长链协同实现超疏水特性。材料展现的"吸附-挤压-磁回收"循环使用模式，解决了传统吸附剂回收难的痛点。这项研究不仅为木质素资源化利用提供新思路(PU海绵中木质素利用率提升至20%)，更为开发绿色高效的油水分离材料树立了标杆——其简单的浸泡制备工艺易于放大生产，具有显著的产业化前景。