加拿大一枝黄花纤维素衍生物气凝胶的润湿性调控及其油水分离性能研究

本文创新性地以入侵植物加拿大一枝黄花(Solidago canadensis)提取的纤维素为骨架，通过聚乙烯醇(PVA)和柠檬酸(CA)交联制备亲水性生物质气凝胶，经160°C短时热处理获得水下油接触角(UOCA)达140°的材料，实现重力驱动下异辛烷/水混合物3100 L m-2 h-1的高通量分离；进一步通过210°C空气热处理实现疏水改性，水接触角(WCA)提升至135°，对氯仿吸附量达31 g g-1，兼具水面浮油和水下重油连续吸附能力。该研究为生物质气凝胶润湿性调控提供了新思路，同时实现了入侵植物的高值化利用。

　　

Highlight

本研究通过精确调控表面润湿性，显著提升了生物质气凝胶的油水分离效率。

材料与方法

以加拿大一枝黄花(Solidago canadensis L.)纤维素为原料，联合聚乙烯醇(PVA)和柠檬酸(CA)进行交联，经冷冻干燥和160°C短时热处理(10分钟)成功制备亲水性生物质气凝胶。富含羧基的柠檬酸与纤维素和PVA中的羟基发生酯化反应，显著增强了气凝胶的结构稳定性和耐水性。

亲水气凝胶性能

该亲水材料展现出优异的水下疏油特性，水下油接触角(UOCA)达到约140°。对多种有机溶剂/水混合物表现出卓越的分离性能，可在重力作用下实现连续油水分离。其中异辛烷/水混合物的分离通量高达3100 L m^-2 h^-1。

疏水改性气凝胶

经空气环境中低温热处理(210°C，2小时)后，气凝胶表面润湿性实现从亲水到疏水的转变，空气中水接触角(WCA)可达135°。改性后的疏水气凝胶对有机溶剂展现出显著吸附能力，氯仿吸附容量高达31 g g^-1。该材料既能吸附水面轻质油类，又能捕获水下重质油品，并具备连续油水分离能力，正己烷/水混合物的分离效率可达1.64 × 10⁵ L m^-3 h^-1。

Conclusion

该工作不仅为生物质气凝胶润湿性的便捷调控提供了新思路，同时验证了加拿大一枝黄花无害化高值利用的可行性，为入侵植物资源化利用开辟了新途径。