采油过程中的泄漏、工业生产中含有有机溶剂的废水以及日常生活中的含油废水对生态系统和人类生活构成极大威胁，因此油水分离材料的研发迫在眉睫。纳米纤维素气凝胶具有轻质、高孔隙率和优异吸附能力，使其成为去除溢油和有机污染物的有效吸附剂。然而，纳米纤维素气凝胶材料仍面临结构不稳定和环境适应性差等问题，包括易受水解离和易受真菌侵害等。因此，迫切需要开发一种具有高结构强度和抗菌性能的纳米纤维素复合气凝胶。
近日，广西大学莫柳婷团队在期刊《Chemical Engineering Journal》上发表了最新研究成果“Lightweight, robust, and antimicrobial cellulose nanofibril aerogels decorated with TiO2@PDA core-shell nanoparticles for highly efficient oil-water separation”。研究通过核壳纳米粒子修饰和真空浸渍法制备纳米纤维素复合气凝胶，使其展现优异的抗菌性能和疏水性能，达到在严苛环境下高效油水分离效果，并设计了一种集油装置用于可持续油水分离，为油水分离材料的发展提供了简单可靠的新方案。
图1 OTMS/TiO2@PDA/CNF复合气凝胶的制备
OTMS/TiO2@PDA/CNF复合气凝胶展现优异的吸附能力，可吸收各种轻油和重油以及有机溶剂，吸附能力高达 59.9 g/g。在重力作用下，复合气凝胶的分离效率达到 96.15 %。
图2 复合气凝胶的吸附性能与分离性能
抗菌实验表明，TiO2 在没有光照情况下几乎没有抗菌活性，在光照 60 分钟后表现抗菌作用，最终在 180 分钟后对金黄色葡萄球菌的杀菌率为 97.86%，对大肠杆菌的杀菌率为 94.81%。TiO2@PDA 粒子抗菌实验中观察到 PDA 涂层不影响 TiO2 的抗菌性能，在光照 30 分钟后观察到抗菌效果，在120分钟后对金黄色葡萄球菌的杀菌率为 98.73%，对大肠杆菌的杀菌率为 99.14%，抗菌活性提高。图 3d 表明，与 OTMS/TiO2@PDA/CNF 复合气凝胶共培养的细菌死亡，表现出优异的抗菌性能。
图3TiO2、TiO2@PDA以及OTMS/TiO2@PDA/CNF复合气凝胶的抗菌性能
设计了一种集油装置用于可持续油水分离，在真空条件下以 23.8095 L·h-1·g-1 的通量快速连续泵送油性液体通过复合气凝胶过滤片完成动态油水分离过程。该设计不仅促进了油水分离和收集，还简化了复杂耗时的石油回收过程，为设计便携式油水分离设备提供了解决方案。
图4. 复合气凝胶的动态吸附
作者通过核壳纳米粒子修饰和真空浸渍法制备了一种纳米纤维素复合气凝胶，具有优异的抗菌性能和疏水性能，达到在严苛环境下高效油水分离效果，并设计了一种集油装置用于可持续油水分离。该工作为实现严苛环境下高效油水分离材料的制备提供了新颖的设计思路。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.159989
人物简介：
莫柳婷，广西大学资源环境与材料学院助理教授，硕士生导师，主要研究领域为生物质纳米材料的合成与功能化。在Chemical Engineering Journal、Journal of Hazardous Materials、International Journal of Biological Macromolecules等期刊发表论文10余篇。
