亚麻纤维疏水性和亲水性之间的桥梁
大量的含油废水排放和石油泄漏给环境和人类健康带来严重威胁。对应于这一挑战，许多功能材料已经被开发并应用于油水分离中作为油屏障或油吸附剂。这些材料可分为人造和天然两大类。
绿色生物材料等天然材料普遍成本低廉，具有丰富的生物降解性，也被认为是油水分离的有前途的替代品，受到越来越多的关注。棉织物、植物纤维和木棉等多种生物质材料已被用于油水分离。为了进一步提高生物质材料的油水分离性能，许多生物质材料在其表面人工包覆了一层具有特殊润湿性的功能层。然而，这些改性亚麻纤维仅具有疏水性或亲水性，没有相互之间转换的能力(或可转换的润湿性)。这种限制可能会阻碍它们在油水分离中的实际应用。
在这项研究中，来自卡尔加里大学、里贾纳大学、康考迪亚大学、Canadian Light Source 和 McElhanney Inc. 的研究人员旨在开发一种具有可切换润湿性的功能性亚麻纤维，用于多用途油水分离。亚麻纤维通过用作粘合剂的等离子体接枝聚(丙烯酸)(PAA)层涂有 ZnO-十六烷基三甲氧基硅烷(HDTMS)纳米复合材料。所制备的 PAA-ZnO-HDTMS 亚麻纤维最初是疏水性的，可以通过紫外线照射转变为亲水性。它的疏水性可以通过在没有紫外线照射的情况下在黑暗环境中储存几天来轻松恢复。该研究以“Functional flax fiber with UV-induced switchable wettability for multipurpose oil-water separation”在线发表于 2022 年环境科学与工程前沿。
为了优化 PAA-ZnO-HDTMS 亚麻纤维的性能，研究了 ZnO 和 HDTMS 浓度对其可切换润湿性的影响。通过接触角测量、SEM 成像以及基于同步加速器的 FTIR 和 X 射线分析对开发的 PAA-ZnO-HDTMS 亚麻纤维进行了全面表征。优化后的 PAA-ZnO-HDTMS 亚麻纤维最初在空气中具有较大的水接触角(~130°)，在水下具有极小的油接触角(~0°)。UV处理后，水接触角降低到30°，而水下油接触角增加到150°以上。
研究了获得的紫外线诱导的可切换润湿性的机理。可以得出结论，固定在亚麻纤维表面的 ZnO-HDTMS 纳米复合材料赋予所制备的 PAA-ZnO-HDTMS 亚麻纤维紫外线诱导的可切换润湿性。在改性过程中，HDTMS 的硅醇基团与亚麻纤维和 ZnO NPs 表面的羟基结合。因此，HDTMS的烷基暴露在新鲜的PAA-ZnO-HDTMS亚麻纤维表面，从而使亚麻纤维表现出疏水性。纳米ZnO作为光敏半导体材料，在紫外光照射下可在其表面产生电子空穴对。这些空穴可以与纳米ZnO的晶格氧相互作用，产生氧空位，氧空位可以吸附周围大气中的水分，产生羟基。这些羟基使改性亚麻纤维的表面性质由疏水性变为亲水性。当 PAA-ZnOHDTMS 亚麻纤维储存在黑暗环境中时，环境中的氧气可以取代羟基，使亚麻纤维表面从亲水性转变为疏水性。
基于这种紫外线诱导的可切换润湿性，开发的 PAA-ZnO-HDTMS 亚麻纤维可用于从不混溶的油水混合物和水包油乳液中去除油分，具有良好的多次循环重复使用性。因此，开发的亚麻纤维可以进一步制成油阻隔层或油水分离吸附剂，这可能是溢油响应和含油废水处理的环保替代品。
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