随着海上石油开采和现代化工行业的高速发展,海上石油泄漏和有机化学试剂泄漏事故日益频繁,对当地的水环境造成了严重的伤害。疏水性三维多孔材料由于具有高孔隙率、大比表面积、互通的孔洞结构和疏水性的表面,可以有效地对油水混合物中的油进行选择性吸收,实现油水分离。本课题的研究目的是发展高效、廉价和环境友好的方法来制备具有高效油水分离、优异油品回收效率和很好吸收材料重复使用性的疏水性三维多孔材料。本工作的主要内容和结果如下:1、以木质素纳米粒子稳定的水包甲苯Pickering高内相乳液为模板,经过聚合-干燥-热裂解等过程,成功地制备了碳基气凝胶。得到的气凝胶具有良好的疏水和阻燃特性,水接触角为127.2o。得到的气凝胶可以通过直接浸渍的方式实现油水分离。而且材料具有较高的饱和吸收容量,可吸收自身重量的6-14倍的油品或有机溶剂。材料经过100次的吸收/燃烧循环后仍然可以保持61.2%的吸收效率,体现出高效的油水分离特性。2、首次以木质素和二异氰酸酯为原料制备了有机凝胶,并在常温常压下干燥得到木质素基干凝胶。这种干凝胶不需要任何的化学修饰就具有良好的疏水性和自清洁性能,水接触角为146.4o,可以通过直接浸渍的方式实现油水分离。材料具有较高的饱和吸收容量,可吸收自身体积63%到80%的油品或有机溶剂。材料优异的机械性能使其可以通过吸收/蒸馏的方式实现循环油水分离,5次循环后仍然可以保持100%的吸收效率,体现出良好的耐用性能。3、以商业的密胺泡沫为原料,通过热裂解和硅烷化修饰得到具有超轻、疏水、阻燃的弹性多孔泡沫。材料的密度为8-9.5 mg cm-3,水接触角为145.4o。测试表明材料在450℃的空气气氛中仍然能够保持很好的热稳定性。得到的泡沫可以对油水混合物中的油进行选择性地吸收,实现油水分离。而且材料具有较高的饱和吸收容量,可吸收自身重量71-158倍的油品或有机溶剂。材料可以根据实际的需要选择吸收/蒸馏、吸收/燃烧和吸收/挤压三种方式中的任意一种实现循环油水分离,5次循环后均能保持在59.7%以上的吸收效率,是一种优异的可循环使用的三维多孔油水分离材料。4、开发了燃烧辅助原位碳沉积的方法制备出具有良好疏水/亲油特性的多孔材料。材料可以实现大块、大批量制备。这种方法可以使用于密胺泡沫、泡沫镍等多种多孔基材,而且易于实现功能化。材料具有超轻、疏水、阻燃、自清洁和弹性等特性。材料表面的水接触角为149o。材料在压缩应变为60%时循环1000次后仍然可以恢复原貌,体现出优异的弹性。得到的泡沫的疏水/亲油特性,使其对油水混合物中的油可以进行选择性吸收,实现油水分离。而且材料具有较高的饱和吸收容量,可吸收自身重量58-143倍的油品或有机溶剂。材料优异的自清洁特性使得材料可以在含有多种杂质的油水混合物中有效地实现油水分离,不会被杂质颗粒影响其表面的润湿性能。材料可以根据实际的需要选择吸收/蒸馏、吸收/燃烧和吸收/挤压三种方式中的任意一种实现循环油水分离,5次循环后仍然可以保持在60%以上的吸收效率,是一种理想的三维多孔油水分离材料。5、以密胺泡沫为模板,结合木质素等天然高分子材料,通过浸泡-吸附-热裂解过程得到疏水泡沫。制备方法简单,大大地扩宽了木质素等天然可再生高分子原料的应用范围。得到的碳基泡沫具有超轻、疏水和弹性等特性。材料的密度为6.4 mg cm-3,水接触角为142.5o。这种泡沫可以选择性吸收油水混合物中的油,实现油水分离。而且材料具有较高的饱和吸收容量,可吸收自身重量98-217倍的油品或有机溶剂。材料可以根据实际的需要选择吸收/蒸馏或者吸收/挤压方式实现循环油水分离。同时,其他水溶性的天然高分子,例如单宁酸等也适用于该体系,制备出性能优异的疏水性三维多孔泡沫。6、以密胺泡沫为模板、纤维素纳米晶须为改性剂,通过浸泡-吸附-热裂解过程得到疏水泡沫。制备方法简单,大大地扩宽了天然可再生的纤维素的应用范围。得到的碳基泡沫具有超轻、疏水、阻燃和弹性等特性。材料的密度为7.3 mg cm-3,水接触角为155o。材料在450℃的空气气氛中仍然可以保持很好的稳定性。这种泡沫可以选择性吸收油水混合物中的油,实现油水分离。而且材料具有较高的饱和吸收容量,可吸收自身重量86-201倍的油品或有机溶剂。泡沫的双网络结构使其具有很好的保油效果,在速度200rpm的离心作用下保油率高达90%。由于材料优异的阻燃和弹性性能,材料可以根据实际的需要选择吸收/蒸馏、吸收/燃烧和吸收/挤压三种方式中的任意一种实现循环油水分离。而且,得到的疏水泡沫可以应用于泵吸法实现连续不断地收集泄漏到水中的油品和有机溶剂,提供了一种非常高效的方式实现油水分离。