文章重要内容

      聚丙烯熔喷非织造材料(PP MB)有高的比表面积和孔隙率，良好的力学性能和化学稳定性，且价格低廉，在吸附、过滤、分离领域有着广阔的应用前景。浙江理工大学孙辉副教授团队为了实现聚丙烯熔喷非织造材料(PP MB)在污水处理领域中的高效应用，通过对其进行表面功能改性，以水热法在经过亲水处理的PP MB表面一步原位合成钴铝基层状双金属氢氧化物(CoAl-LDH)，得到复合熔喷材料CoAl-LDH@M-PP MB。研究了不同原料浓度比的CoAl-LDH对CoAl-LDH@M-PP MB形貌、结构以及水中有机染料吸附和多种油水混合物分离性能的影响规律，并揭示了其吸附分离机理。本研究对既具备出色有机染料吸附性能又兼具高效油水分离性能的高性能材料的开发具有重要意义。

文章背景

       近年来，随着工业的不断发展，未经处理的有机染料废水以及海洋领域的石油泄漏、日常生活中含油废水的排放等，对生态环境和人类身体健康造成了严重危害。吸附分离法具有操作简单、成本低、去除率高等特点，在废水处理领域中应用广泛。聚丙烯熔喷非织造材料(PP MB)是一种比表面积大、孔隙率高、制备流程短、产量高且廉价的纺织材料，同时具有优良的力学性能和耐酸碱腐蚀性，已经被广泛应用于水中染料吸附和油水分离领域。然而，随着水体污染物成分的日益复杂，单一组分的PP MB由于其表面惰性和疏水性较强，难以实现对水体中有机染料的有效吸附去除。此外，在油水分离过程中，作为亲油材料，PP MB中的微孔易被油相堵塞，进而影响其油水分离性能。因此对PP MB进行亲水功能化改性是解决上述问题的有效策略。层状过渡双金属氢氧化物(LDHs)是一类具有独特的层状结构、大比表面积、丰富活性吸附位点的化合物，在染料吸附和油水分离方面展现出巨大的应用潜力。其中，含有二价钴(Co)和三价铝(Al)的钴铝基层状双金属氢氧化物(CoAl-LDH)，在其合成过程中通过调节Co/Al比率，可以调控其吸附、分离性能。而且, Co离子和Al离子以氢氧化物的形式交替排列，具有离子交换的性质, 这为CoAl-LDH在染料吸附和油水分离领域的应用提供了更多的机会。因此，将CoAl-LDH与PP MB复合能够进一步拓展其在吸附分离领域的应用。

文章概述

        研究团队首先通过聚多巴胺(PDA)对PP MB表面进行亲水改性得到M-PP MB，然后再以不同浓度比的六水合硝酸钴(Co(NO₃)₂·6H₂O)和九水合硝酸铝(Al(NO₃)₃·9H₂O)为原料，以M-PP MB为基材，利用水热法一步原位合成不同原料比的CoAl-LDH@M-PP MB。其中，当Co与Al的原料比为1:9时，制备的CoAl-LDH@M-PP MB-1/9表面的CoAl-LDH为边缘呈尖刺状的圆片形，具体见图1。在不同原料浓度比的CoAl-LDH@M-PP MB中，CoAl-LDH@M-PP MB-1/9对水中有机染料刚果红(CR)有着最出色的吸附效率，如图2所示。当吸附温度为25 ℃、CR水溶液初始浓度为50 mg/L时，CoAl-LDH@M-PP MB-1/9对CR的吸附效率在30 min内可达99.00%以上。相对于准一级吸附动力学，CoAl-LDH@M-PP MB-1/9对CR的吸附过程更适合用准二级动力学描述，如图3所示，整个吸附过程属于自发、吸热的过程，以化学吸附为主。

图1 CoAl-LDH@M-PP MB-1/9的SEM照片

图2 PP MB及不同原料比的CoAl-LDH@M-PP MB对CR的吸附效率曲线

图3 CoAl-LDH@M-PP MB-1/9 对CR吸附过程的(a) 准一级和(b)准二级动力学拟合曲线

       此外，CoAl-LDH@M-PP MB-1/9具有超亲水/水下超疏油性，能够高效分离包括正己烷、石油醚、二氯甲烷、四氯化碳、花生油和橄榄油在内的多种油水混合物，油水分离效率不低于97.00%，尤其对正己烷/水混合物的分离效率最佳，为99.33%。在80次重复使用期间，对正己烷/水混合物的油水分离效率仍大于97.41%，如图4所示。

图4 PP MB, M-PP MB和CoAl-LDH@M-PP MB-1/9的 (a) 水接触角(WCA)和 (b) 水下油接触角(UWOCA); (c) CoAl-LDH@M-PP MB-1/9对不同油水混合物的分离效率; (d) CoAl-LDH@M-PP MB-1/9对正己烷/水混合物的80次循环分离效率

       上述工作以研究论文形式即将在《高分子学报》2025年第4期印刷出版。论文第一作者为浙江理工大学本科生唐甄婧，通信联系人为孙辉副教授。

引用本文：

唐甄婧, 孙伊宁, 谢有秀, 陈高原, 孙辉, 于斌.CoAl-LDH@M-PP MB 复合熔喷材料的制备及其吸附分离性.高分子学报, doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2024.24276Tang, Z. J.; Sun, Y. N.; Xie, Y. X.; Chen, G. Y.; Sun, H.; Yu, B. Preparation of CoAl-LDH@M-PP MB composite melt-blown materials and their adsorption and separation properties. Acta Polymerica Sinica, doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2024.24276CSTR: 32057.14.GFZXB.2025.7351