流动性差的含油废水排放会造成严重的环境污染。因此，快速、高效地去除和回收石油仍然是一个全球性问题。目前，具有高光热性能的二维（2D）Ti₃C₂ MXene材料在光热辅助原油废水处理中引起了广泛关注。然而，Ti₃C₂稳定性差严重限制了其在光热气凝胶开发中的应用。

近期，广西大学童张法教授&张寒冰副教授通过简单的原位共沉淀结合微波水热和溶液浸渍工艺，协同引入具有成本效益的剥离型膨润土（BTex）和Ti₃C₂ MXene，结合羧化纤维素纳米纤维（CNF-C）构建了多孔CNF-C/BTex/Ti₃C₂气凝胶。在制备过程中，引入的BTex有效地抑制了Ti₃C₂的氧化，并协同提高了气凝胶的结构稳定性、力学性能和吸附性能。具体而言，CNF-C/BTex/Ti₃C₂表现出优异的稳定性（结构稳定性、热稳定性和化学稳定性）、耐热性、疏水性（水接触角为149°）和力学性能（在60%应变下完全恢复），有利于吸附普通油（比原始重量高出46-90倍）。此外，CNF-C/BTex/Ti₃C₂具有出色的光热转换效率（光吸收率为99%，在1个太阳光照强度（1 kW·m^-2）下表面温度高达75.2℃）和热导率（104 mW/m·K），这使得CNF-C/BTex/Ti₃C₂在25s内于1个太阳光照强度（1 kW·m^-2）下可吸附比其原始重量高出48倍以上的原油（吸附量高达48 g·g^-1）。此外，还提出了对普通油和高粘度原油的增强吸附机制。该研究通过引入低成本的膨润土和MXene，为开发高效稳定的纤维素基含油废水吸附剂提供了新的选择。

图1.不同样品的XRD（a）和FT-IR（b）图谱；（c）BTex、BTex/Ti₃C₂以及（d）CNF-C/BTex、CNF-C/Ti₃C₂和CNF-C/BTex/Ti₃C₂的N₂吸附-解吸等温曲线和孔径分布。

图2.（a）CNF-C、BTex、Ti₃C₂、CNF-C/BTex、CNF-C/C/Ti₃C₂、BTex/Ti₃C₂和CNF-C/BTex/Ti₃C₂的XPS全扫描光谱；（b,c）C1s、（d,e）O1s、（f）Ti2p和（g）Si2p的相应XPS高分辨率光谱。

图3.（a）CNF-C、（b）Ti₃C₂、（c）BTex、（d）CNF-C/BTex、（e）CNF-C/Ti₃C₂、（f）BTex/Ti₃C₂、（g）CNF-C/BTex/Ti₃C₂的FESEM图像。（h）CNF-C/BTex/Ti₃C₂的相应元素映射和EDX光谱。

图4.CNF-C/BTex/Ti₃C₂（a）非疏水表面、（b）疏水表面和（c）相交表面上的水滴和油滴，以及WCA和OCA过程。

图5.（a）CNF-C、CNF-C/Ti₃C₂、CNF-C/BTex和CNF-C/BTex/Ti₃C₂的TGA和（b）DTG曲线。

图6.（a）各种气凝胶的紫外-可见-近红外光谱。CNF-C/Ti₃C₂和CNF-C/BTex/Ti₃C₂在（b,c）不同太阳光强度下，（d,e）在1kW·m^-2下经过五个循环后的温度演变。（f）CNF-C/Ti₃C₂和（g）CNF-C/BTex/Ti₃C₂在1kW·m^-2的模拟阳光照射下从上到下的红外热像图。

图7.（a）原油粘度和温度之间的关系，插图显示原油在20℃和70℃下的状态。（b）在阳光照射下漂浮在水面上的原油的顶面温度（1kw·m^-2）。未经和经1个太阳照射下，原油液滴在（c）CNF-C/Ti₃C₂和（d）CNF-C/BTex/Ti₃C₂上的渗透行为。

图8.（a-c）未经和经1个太阳照射下，位于CNF-C/BTex/Ti₃C₂顶部的水滴和油滴，以及相应的WCA和OCA过程。未经和经1个太阳照射下，位于CNF-C/BTex/Ti₃C₂顶部的（d）HCl、（e）NaOH和（f）海水滴，以及相应的WCA过程。

图9.（a）CNF-C、CNF-C/Ti₃C₂、CNF-C/BTex和CNF-C/BTex/Ti₃C₂对各种油（1：正己烷，2：环己烷，3：三氯甲烷，4：食用油，5：煤油和6：废机油）的吸附能力。不同负载（b）BTex和（c,d）Ti₃C₂对各种油的吸附能力。用CNF-C/BTex/Ti₃C₂吸附（e）水表面的正己烷和（f）水底部的三氯甲烷。

图10.CNF-C/Ti₃C₂/BTex气凝胶对（a,b）不同油类（1：正己烷，2：环己烷，3：三氯甲烷，4：食用油，5：煤油，6：废机油）的分离通量和效率；8个循环下的（c）正己烷、（d）环己烷、（e）三氯甲烷、（f）食用油、（g）煤油和（h）废机油。

图11.使用（a）CNF-C/Ti₃C₂，（b）CNF-C/Ti₃C₂在模拟阳光照射（1kw·m^-2）下，（c）CNF-C/BTex/Ti₃C₂，以及（d）CNF-C/BTex/Ti₃C₂在阳光照射（1kw·m^-2）下吸附原油。（e）CNF-C/Ti₃C₂和CNF-C/BTex/Ti₃C₂在模拟阳光照射（0，0.5，1，1.5，2kw·m^-2）下的原油吸附能力，（f）所制备的气凝胶在阳光照射（1kw·m^-2）下的原油吸附能力。

图12.CNF-C/BTex/Ti₃C₂对（a）普通油（正己烷、环己烷、三氯甲烷、食用油、煤油和废机油）以及（b）在模拟阳光照射（1kw·m^-2）下对原油（20次循环）的回收性能。

图13.在模拟阳光照射下CNF-C/BTex/Ti₃C₂对（a）普通油和（b）原油的吸附机理。

该工作以“Multifunctional carboxylated cellulose nanofibers/exfoliated bentonite/Ti₃C₂ aerogel for efficient oil adsorption and recovery: The dual effect of exfoliated bentonite and MXene”为题发表在《Chemical Engineering Journal》（DOI:10.1016/j.cej.2023.145412）上。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.145412