纳米纤维素的疏水改性及应用研究进展(5)

2.3 水净化

随着重工业的发展，每年向全球海洋中泄漏的石油化工产品超过140多万吨[45-46]。因此，水-油/化学污染物的分离对于生态系统平衡至关重要。疏水纳米纤维素吸油材料具有廉价、可生物降解、孔隙率较高以及油水选择性好等优点[47]，被广泛用于水体净化研究。

Xu等[35]将制备好的还原氧化石墨烯包覆的纳米纤维素(rGO/CNF)气凝胶浸入三甲基氯硅烷(TMCS)溶液中，并在烤箱中加热反应2 h，得到TMCS/rGO/CNF气凝胶。研究发现TMCS/rGO/CNF气凝胶的接触角相对于rGO/CNF气凝胶变大，最高可达117°，孔隙率提高，表面具有高吸油能力，可在短时间内对多种油类均表现出良好的吸附能力，吸附量达到其自身质量的39倍，能够高效去除水中的油污。该方法制备的气凝胶材料污染小，可重复使用，不会引起环境污染，具有开发成为通用、高效和安全的吸附剂的潜力。

尚倩倩等[36]将甲基三甲氧基硅烷加入纳米纤维素晶体悬浮液中，在酸性室温条件下搅拌2 h，经过冷冻干燥得到超疏水的纤维素复合气凝胶。结果表明：所制备的气凝胶具有轻质、多孔等性能；接触角最高可达157°，疏水性得到显著提高；同时热稳定性也得到改善。通过一系列油水分离实验发现其在快速而有效地实现油水分离的同时，还展现出优异的吸附稳定性和高效循环性，因此在水油分离方面具有巨大的潜在应用价值。

除此之外，Jeddi等[48]通过简单的冷冻干燥制备得到疏水性球形纳米纤维素气凝胶，该气凝胶对油和有机溶剂表现出优异的吸收效率，并且在油/水溶液中表现出良好的选择性，能有效、持续地清除石油和化学溢出物。Huang等[49]通过两步喷涂方法在纳米纤维素晶体上附着坚固的超疏水涂料，水接触角达到了163°，具有高机械强度和出色的自清洁性，能够高效循环地分离水中有机溶剂和油。

3 结 语

随着社会的不断发展和进步以及人们的环保意识不断增强，性能优良的可再生可降解纳米纤维素材料将发挥巨大作用。对纳米纤维素进行疏水改性，不仅能赋予它新的特性，还能扩大它的应用范围。不过大多改性方法目前仍存在很大的局限性：1) 工业化方面，目前的许多改性方法对改性条件、改性试剂要求比较严格，需要采用一些昂贵的化学试剂，同时对能源的需求也很高，无法达到大规模工业化生产的要求; 2) 绿色环保方面，许多改性方法中使用的试剂大多是有机试剂，会造成一定的环境压力; 3) 纳米纤维素的性能方面，许多改性方法会破坏纳米纤维素自身的结构，造成改性后纳米纤维素自身的优良性能丧失。

针对上述的局限性，对疏水改性纳米纤维素今后的发展提出一些展望： 1) 采用更加绿色环保高效的改性方法，如：尽量采用一些绿色无毒的改性剂，将疏水基团接枝到纳米纤维素上。2) 今后研究发展的方向应该向更加简单高效的改性方法靠近以达到大规模生产需求，如一些无需加热，简单高效的物理改性方法更具开发前景。3) 疏水改性后的纳米纤维素可以和一些传统行业更好地结合，如：与造纸行业结合制备新型疏水纸，不仅扩大了纸张的应用范围，还加强了疏水纳米纤维素的应用性；同时改性后的纳米纤维素还可以和一些新兴领域结合，如储能电池、柔性电极等领域，将对我国工业发展产生更加深远的意义。纤维素作为自然界中取之不尽、用之不竭的生物质原料，具有很好的生物降解性和可持续性，符合国家的可持续发展策略；在不久的将来，疏水改性纳米纤维素必将会有更加广泛的应用。

[1]XIE H X,ZOU Z F,DU H S,et of thermally stable and surface-functionalized cellulose nanocrystals via mixed H2SO4/oxalic acid hydrolysis[J]. Carbohydrate Polymers,2019,223:.

[2]DU H S,LIU W,ZHANG M M,et nanocrystals and cellulose nanobrils based hydrogels for biomedical applications[J]. Carbohydrate Polymers,2019,209:.

[3]刘慰,司传领,杜海顺,等. 纳米纤维素基水凝胶的制备及其在生物医学领域的应用进展[J]. 林业工程学报,2019,4(5):1119.

[4]YANG X H,XIE H X,DU H S,et extraction of thermally stable and dispersible cellulose nanocrystals with high yield via a green and recyclable FeCl3-catalyzed deep eutectic solvent system[J]. ACS Sustainable Chemistry & Engineering,2019,7(7):.

[5]NASCIMENTOD M,NUNESY L,FIGUEIRDOMC B,et nanocomposite hydrogels:Technological and environmental issues[J]. Green Chemistry,2018,20(11):.

[6]LIN W S,HU X Y,YOU X Q,et modification of nanocellulose via a two-step silanation method[J]. Polymers,2018,10(9):1035.

[7]巩筱. 纳米纤维素纤丝的改性及其应用研究[D]. 无锡:江南大学,2018.

文章来源：《造纸科学与技术》 网址: http://www.zzkxyjs.cn/qikandaodu/2021/0503/576.html