基于磁性纳米簇功能化锯末的超疏水/亲油复合材料用于高效油水分离

为解决工业含油废水处理中传统方法效率低、成本高的问题，研究人员开发了一种新型磁性纳米复合材料（MCs-SiO2-TPM），通过将磁性纳米簇固定于锯末（Mag-SW）表面，实现了93-97%的油回收率，吸附容量达1.93-2.32 g/g。该材料兼具超疏水（接触角150.1°）和强磁响应性（饱和磁化强度28.5 emu/g），为低成本、可持续的水体修复提供了创新方案。

　　

工业含油废水处理一直是环境工程领域的重大挑战。食品、石化等行业排放的废水中含有大量乳化油和分散油滴，传统重力分离、离心等技术对微米级油滴效率低下，而活性炭吸附等材料又面临再生困难、二次污染等问题。更棘手的是，现有磁性吸附剂普遍存在纳米颗粒团聚、磁响应性衰减等缺陷。如何开发一种兼具高效吸附能力、快速磁回收特性和环境友好性的材料，成为研究者们亟需突破的技术瓶颈。

在此背景下，罗马尼亚克卢日-纳波卡同位素与分子技术国家研究所（National Institute for Research and Development of Isotopic and Molecular Technologies Cluj-Napoca）的George Marian Ispas团队创新性地将林业废弃物与纳米技术结合，通过五步法构建了磁性纳米簇功能化锯末复合材料。这项发表于《Journal of Environmental Chemical Engineering》的研究，巧妙利用锯末的多孔结构作为载体，通过磁性纳米簇（MCs）的层级组装和表面修饰，实现了油水分离效率与材料可持续性的双重突破。

研究团队采用的关键技术包括：油包水乳液法构建磁性纳米簇（MCs），St?ber法沉积SiO₂保护层，3-（三甲氧基甲硅烷基）丙基甲基丙烯酸酯（TPM）疏水化修饰，以及振动样品磁强计（VSM）和X射线光电子能谱（XPS）等表征手段。实验选用四种典型油类（废机油、真空泵油等）模拟污染场景，通过磁分离效率测试验证性能。

3.1 材料合成与表征

通过透射电镜（TEM）观察到7 nm的Fe₃O₄-OA纳米颗粒自组装成100 nm的球形簇，SiO₂包覆后形成30 nm均匀壳层，TPM修饰产生4-7 nm疏水外层。扫描电镜（SEM）显示锯末表面成功锚定纳米簇，EDX谱中铁峰证实功能化效果。

3.2 性能验证

磁学测试显示功能化后饱和磁化强度仍达28.5 emu/g，锯末载体复合材料保持8.5 emu/g的响应值。接触角从原始锯末的52.7°提升至150.1°，证实超疏水性。热重分析（TGA）显示20%残炭率，表明强油吸附能力。动态光散射（DLS）证实pH 2-12范围内胶体稳定性。

3.3 实际应用测试

在模拟油污实验中，材料对食用油吸附量最高达2.32 g/g，真空泵油最低为1.93 g/g。磁分离效率稳定在93-97%，其中食用油回收率最优（97%）。相比非磁性锯末需多步处理，该材料仅需20分钟即可通过外磁场快速分离。

这项研究的突破性在于：首创将磁性纳米簇结构与生物质载体结合，通过SiO₂/TPM双重修饰实现"磁-油-载体"三元协同。相较于传统磁性吸附剂80-90%的回收率，该材料性能提升显著。更值得注意的是，饱和吸附后的复合材料可直接作为固体燃料利用，契合循环经济理念。未来通过放大制备工艺优化，这种以废弃物治废物的策略，或将为工业废水处理提供新的技术范式。