ZnO掺杂木质气凝胶实现可持续油水分离与污染物降解：高效吸附与光催化协同作用

为解决石化工业含油废水处理难题，研究人员开发了一种ZnO掺杂木质气凝胶（ZnO/DW），兼具高效油水分离（水通量39,400 L·m?2·h?1，效率>98.5%）与光催化降解污染物（亚甲基蓝降解率92.94%）功能。该材料通过木质素脱除和ZnO原位生长技术，实现了吸附-光催化协同作用，为复杂废水处理提供了低成本、可持续的解决方案。

　　

石化工业快速发展导致含油废水激增，传统处理方法如化学混凝和膜分离存在成本高、效率低、易造成二次污染等问题。尤其对于大规模工业分离场景，亟需开发兼具高效分离、污染物降解和循环利用功能的新型材料。木质气凝胶因其天然多孔结构和纤维素骨架的机械弹性成为研究热点，但如何整合光催化功能而不破坏其稳定性仍是关键挑战。东北林业大学的研究团队通过创新性设计ZnO掺杂木质气凝胶，在《Industrial Crops and Products》发表的研究成果为这一难题提供了突破性解决方案。

研究采用三步关键技术：首先通过NaOH/Na_{23混合溶液和NaClO2溶液分步脱除天然轻木（Ochroma lagopus）的木质素，构建具有"弹簧状波浪层状结构"的脱木质素木材（DW）；其次采用水热法在DW内部原位生长ZnO纳米花（含片状和棒状形貌）；最后通过冷冻干燥（-60°C/48h）获得功能化复合材料。研究团队建立了系统的性能评价体系，包括压缩-回弹循环（100次）、吸附-挤压循环（20次）和重力驱动油水分离实验，并采用紫外光照实验验证光催化降解效率。}

3.1 微观形貌与结构
扫描电镜显示脱木质素处理使木材细胞壁分层，形成比天然木材（NW）扩大50%的管腔空间。ZnO以花状聚集体形式均匀分布在DW管腔中，EDS证实Zn元素占比达12.36%。这种结构既保留了纤维素骨架的弹性，又为光催化反应提供了充足活性位点。

3.2 化学组成
XRD和FTIR分析表明，脱木质素处理使纤维素I型结晶度提高，而ZnO负载后因氢键断裂导致结晶度下降。特征峰分析证实木质素特征峰（1593 cm^?1）完全消失，Zn-O晶格振动峰（633 cm^?1）的出现验证了ZnO的成功负载。

3.3 油水分离性能
水合作用使ZnO/DW形成稳定的固-水-油三相体系，表现出水下超疏油特性（接触角>150°）。在重力驱动分离装置中，其对煤油/水混合物的通量保持39,400 L·m^?2·h^?1，经10次循环后效率仍超98.5%。吸附-挤压实验显示其平均吸水容量达17.66 g·g^?1，20次循环后ZnO保留率达95.23%。

3.4 光催化能力
在150分钟紫外光照下，ZnO/DW对亚甲基蓝的降解效率（92.94%）显著高于纯吸附条件（60.1%）和ZnO/NW对照组（0.41% min^?1）。五次循环后降解率仍保持87.69%，证实了DW与ZnO的协同效应。

该研究创新性地通过"脱木质素-原位生长"策略构建了多功能一体化处理材料。相比传统分离膜（如PVDF膜水通量仅2060.5 L·m^?2·h^?1），ZnO/DW在保持超高水通量的同时实现了污染物深度降解。其12 wt%的ZnO负载量优化方案平衡了机械稳定性与光催化活性，弹簧状层状结构设计解决了材料循环使用中的结构坍塌问题。这项研究为工业废水处理提供了可规模化应用的解决方案，其生物质基材料设计理念对发展绿色环境技术具有重要启示。未来研究可进一步探索表面能调控技术，实现按需切换的油水分离模式。