摘要
石油泄露对环境的破坏严重威胁了地球的生态系统，轻质多孔的石墨烯气凝胶（GA）在回收石油方面有着广阔的应用前景，提高GA的吸油效率是一项颇具挑战的工作。本工作通过水热法结合乙二胺化学还原制备了GA材料，并采用内部原位生长碳纳米管的策略来进行结构优化，最后利用十八胺表面修饰进一步提升材料的吸油性能。对得到的GA材料的制备工艺、化学成分、微观形貌、物相构成、吸油特性等进行研究。结果显示：氧化石墨烯的浓度和乙二胺的用量对GA的成型性有显著影响，经过结构优化和表面修饰的GA吸油性能得到明显提升，制备的改性三维石墨烯具有良好的吸油能力，吸附量可达98.2 g·g-1，吸附通量为9.98×104 L·m-2·h-1。本工作的研究成果将对今后开发高性能三维石墨烯吸油材料具有良好的技术参考。
研究背景
石油泄漏会对海洋及生态环境造成持续破坏，开发环境友好、可重复使用且吸附能力高的新型吸油材料具有重要现实意义。石墨烯气凝胶具有低密度、高孔隙率和较大比表面积等优势，在油污吸附与油水分离领域表现出良好应用前景，但其成型性和吸油效率仍有待进一步提升。针对上述问题，本工作从制备工艺优化出发，通过结构优化与表面修饰协同调控三维石墨烯气凝胶的骨架结构和界面特性，以提升材料的综合吸油性能。
工作亮点
- 采用“EDA化学还原/交联+原位生长CNTs+PDA介导ODA接枝”的分级改性策略，构建了兼具良好成型性与高吸油性能的三维石墨烯气凝胶。
- 揭示了GO浓度和EDA用量对气凝胶成型性的关键作用，说明交联密度提升有助于获得结构完整、不掉渣的三维多孔骨架。
- 证实原位生长CNTs可显著提高吸附量，表面接枝ODA可进一步改善疏水/亲油特性并提升油通量，实现结构优化与界面调控的协同增强。
图1 石墨烯气凝胶制备、结构优化、表面处理示意图
主要成果
研究表明，经过结构优化和表面修饰后，石墨烯气凝胶的吸油性能得到明显提升。GA-3-CNTs样品的吸附量由46.8 g·g−1提高到98.2 g·g−1；进一步经PDA+ODA表面修饰后，GA-3-CNTs-ODA样品获得最高吸油通量9.98×104 L·m-2·h−1。机理分析表明，材料性能提升主要来源于三维多孔结构带来的毛细作用，以及长链有机基团接枝后增强的油相亲和性。综合吸附量与通量表现，GA-3-CNTs-ODA为本工作最优样品。
图2 样品吸油性能（a）吸油比；（b）吸油通量测试装置图；（c）吸油通量
团队介绍
唐秀之，男，副教授。研究方向：生物医用材料、导热高分子复合材料、轻质隔热材料、纳米材料表面修饰及其在储能与电催化领域中的应用。现主持国家自然科学基金项目1项，JG项目2项，湖南省自然基金1项，国家重点实验室开放课题1项，国企横向课题1项，省级重点实验室开放课题2项，科研院所横向合作课题2项，累计经费近四百万。主要研究方向是储能、耐高温隔热结构和电催化。目前在国外学术期刊上已发表SCI检索的学术论文50余篇，其中包括Carbon、ACS Applied materials & interfaces, Chemical Engineering Journal, Chemical Communications、Advanced Materials Interfaces等国内外知名学术刊物，论文被引用4400余次，h指数32。
论文基础信息
标题：高效吸油石墨烯气凝胶的制备及其吸附性能
作者：常维纯1, 马湘筠2, 岳建岭2, 唐秀之3
1. 国家管网集团科学技术研究总院分公司，河北 廊坊 065000
2. 中南大学 粉末冶金国家重点实验室，长沙 410083
3. 中南大学 航空航天技术研究院，长沙 410083
关键词：石墨烯 ；气凝胶；吸油；结构优化；表面修饰
DOI：doi.org/10.11868/j.issn.1001-4381.2024.000535
论文出处
常维纯, 马湘筠, 岳建岭, 唐秀之. 高效吸油石墨烯气凝胶的制备及其吸附性能[J]. 材料工程, 2026, 54(3): 59-66
CHANG Weichun, MA Xiangjun, YUE Jianling, TANG Xiuzhi. Preparation of highly efficient oil-absorbing graphene aerogel and its adsorption property[J]. Journal of Materials Engineering, 2026, 54(3): 59-66
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