介紹
隨著社會的發展，水汙染問題將越來越嚴重，引起嚴重的生態危機，這已成為全世界基礎研究和應用研究的重點。漏油，工業廢水排放和有機溶劑洩漏是造成水汙染的主要原因。目前採用一些傳統方法來解決此嚴重問題，如分散劑、吸附劑材料、撇油器容器和圍油欄。吸附材料工藝簡單且具有出色的吸附效率，是最有前途的方法。
多孔材料（如羊毛纖維、活性炭、膨脹石墨、BN奈米片）可透過簡單有效的吸收過程將油水分離，已被廣泛用作吸收劑。通常，理想的吸收材料應具有低密度、高吸附能力、出色的可回收性和環境友好性。但是低吸附能力和可回收性差嚴重限制了它們的實際應用。因此，非常需要開發具有高吸附能力和優異的可回收性的吸附材料。MoS2是具有石墨烯狀結構的層狀過渡金屬二硫化物，在催化，電池和感測器領域具有廣闊的前景。
近期，南洋理工大學使用冷凍乾燥法成功地製造了3D MoS2-PVP氣凝膠。作為表面活性劑，PVP可以輕鬆地附著在MoS2奈米片的表面，並促進奈米片之間的相互連線。3D MoS2-PVP氣凝膠具有高吸附能力和強大的可回收性。經過30個迴圈後，透過擠壓和蒸餾，氣凝膠的結構和吸附能力保持在93.5％和92.9％，它可用作環境修復吸附材料。相關成果“A three-dimensional porous MoS2-PVP aerogel as a highly efficient and recyclable sorbent for oils and organic solvents”發表在《Materials Advances》。
圖1描繪了3D MoS2-PVP氣凝膠的組裝過程。兩親性PVP可用作支撐氣凝膠的框架。MoS2的橫向尺寸約為200-600 nm。相比於純的PVP，新增的MoS2 氣凝膠的比表面積增大。
圖 1 3D MoS 2 –PVP氣凝膠的組裝過程。
XRD圖證實PVP是無定形性質，且MoS2-PVP氣凝膠的強度比高於MoS2-PVP，說明PVP促進MoS 2奈米片的剝離（圖2a-b）。FTIR光譜中，MoS2-PVP凝膠的特徵峰藍移至3289、1686、1420和1131 cm-1，表明MoS 2和PVP之間的相互作用（圖2c-d）。
圖2 （a和b）MoS2，MoS2-PVP氣凝膠和PVP的XRD圖譜。（c和d）MoS2，MoS2 -PVP氣凝膠和PVP的FTIR光譜。
3D MoS2-PVP氣凝膠可以穩定地站立在花朵的表面（圖3a），且具有良好的疏水性。圖3b-c顯示了氣凝膠的水接觸角，MoS2含量增加可增加其水接觸角。還在過程中觀察到鏡面反射（圖3d），說明氣凝膠和周圍水之間形成了新的介面，這進一步證實了3D MoS2-PVP氣凝膠的疏水性。
圖3（a）站在花面上的3D MoS2-PVP氣凝膠的照片。（b）3D MoS2-PVP氣凝膠WCA的照片。（c）具有不同濃度的MoS2的3D MoS2-PVP氣凝膠的WCA 。（d）鏡面反射的照片。
3D MoS2-PVP氣凝膠具有良好的疏水性和出色的機械穩定性，是去除各種油脂和有機溶劑的理想吸附材料之一。如圖4a，將3D MoS2-PVP氣凝膠放在油水混合物的表面時，它可以完全而迅速地吸收油。此外， 3DMoS2-PVP氣凝膠對各種油和有機溶劑具有出色的吸附能力，可吸收高於自身重量195至649倍於的溶劑（圖4b）。
圖4 3D MoS2-PVP氣凝膠的吸收效能。（a）3D MoS2-PVP氣凝膠吸收的照片及對各種有機溶劑和油的吸附能力（b）。
油水分離的關鍵是汙染物的可回收性，因為大多數汙染物都含有有價值和有害的物質。兩種典型的回收汙染物的方法是擠壓和蒸餾。被3D MoS2-PVP氣凝膠吸收的十八烯可以透過擠壓回收。當釋放壓力時，氣凝膠可以恢復到其原始形狀（圖5a）。3D MoS2-PVP氣凝膠的吸收-壓縮迴圈過程中保持良好的結構，在30個迴圈後，仍保持93.5％的吸附能力（圖5b），和92.9％的吸附能力（圖5c），表明其良好的可回收性。因此，該氣凝膠可透過擠壓、蒸餾或兩種方法的組合用於去除汙染物。在油水分離領域顯示出巨大的潛在實際應用價值。
圖5 3D MoS2–PVP氣凝膠的回收。（a）吸附-壓縮過程。（b）3D MoS2-PVP氣凝膠用於回收十八烯的吸附-壓縮迴圈。（c）3D MoS2-PVP氣凝膠用於回收庚烷的吸附-蒸餾迴圈庚烷。
結論
綜上所述，採用冷凍乾燥法制備了密度低、疏水性好、吸附能力強、可回收性極好的3D MoS2-PVP氣凝膠。3D MoS2-PVP氣凝膠的吸附能力可以達到其自重的195-649倍。此外，經過30個迴圈後，3D MoS2-PVP氣凝膠的結構得到了很好的維護，並且透過擠壓和蒸餾，該凝膠仍分別保持了93.5％和92.9％的吸附能力。該氣凝膠在油水分離中具有極好的潛力。
參考文獻：doi.org/10.1039/D0MA00219D