近年出现的多起海上石油开采溢油和油性工业废水排放事件，对生态系统、海洋生物多样性和公共卫生构成重大危害。因此，努力开发新材料或新技术以有效去除或分离油水混合物显得至关重要。木材因其储量丰富、可持续、可生物降解、环境友好和易加工等特点，最近被大范围的使用在油水分离材料研究。

  常见的木基油水分离材料多为横切板，其通过化学法脱除木质素后因尺寸稳定性下降而发生大幅变形，已成为限制木基油水分离材料应用的瓶颈问题。受中国传统古建筑房顶结构的启发，本研究以径切板为油水分离基材，采用上下表面错位钻孔方案，成功解决了这一核心问题，后续以铜纳米粒子改性，赋予了其油水分离和光催化降解有机染料双功能，旨在提出一种简单、经济和环境友好的策略，促进木基油水分离材料的实际应用。

  图1. 基于原位合成理论的策略，制备具有优良尺寸稳定性，用于油水分离的Cu(OH)₂/CuCl@wood材料

  通过图2(a1、a2、a3)表明，原木的导管完全暴露，且与木材生长方向一致。由于木材存在大量的射线细胞、纹孔和纳米孔，形成了一个相互连通的三维多孔结构，使得木材成为理想的油输送材料。通过图2(c1、c2、c3)证实了柱状铜纳米颗粒(Cu(OH)2/CuCl)成功附着在改性材表面。EDX mapping显示，铜元素均匀地分布在改性木材表面。

  本领域一般会用横切板作为木基油水分离材料，因为横切面的导管和管胞在沿树木生长方向上是垂直的，有利于油的渗透和流动。但横切板经化学法脱木素后会导致尺寸不稳定，容易变形等问题。如图3所示，对比横切板和径切板以化学法脱木质素后尺寸稳定性结果发现，横切板长度、宽度、厚度和体积分别仅为处理前的80.0%、72.5%、73.0%和42.3%，而径切板几乎保持不变。并且，横切板的密度增加了113.6 %，导致孔隙率降低，不利于进行油水分离。因此，本研究提出的结构优化策略不仅赋予了径向木材油水分离功能，而且解决了化学法脱木质素后引起的尺寸不稳定问题。

  图3. 使用化学脱木素后，对比横切板和径切板的长度、宽度、厚度、体积、密度的变化

  吸油可循环能力是评价油水分离材料可持续性的一个重要的条件。如图4 (e)所示，改性材在对6种有机溶剂进行50次吸收循环后，其吸油能力依然保持与初始一致。并且经过50个吸收循环，改性材水接触角在133°以上，这说明50次循环不是Cu(OH)2/CuCl@wood吸油能力的终点，这显示了改性材优秀的吸油循环能力。

  图4. 改性材从水中吸收(a)硅油和(b)二氯甲烷；改性材在(c)10 min内和(d)60秒内的吸收动力学曲线分析；(e)改性材对选定的6种有机溶剂的吸油循环；(f)改性材经过50次吸收循环后的水接触角

  光催化研究之后发现，除亚甲基蓝外，Cu(OH)2/CuCl@wood对孔雀石绿、直接蓝151、亚甲基绿和结晶紫也具备优秀能力的光催化降解能力(图5和补充材料)。根据结果得出，改性木材对MB、MG、DB151、Mg和CV的降解率分别为95.0 %、96.0 %、95.0 %、94.7%和95.6%。此外，我们还研究了日光下不同初始浓度MB光降解效率，如图5 (d)所示。实验根据结果得出经过35次循环后，对初始浓度为2、6、12 mg/L的MB光催化降解效率也就没有下降，始终保持在94 %以上。综上所述，本研究提出的策略具有高效的降解能力和优良的回收能力，有利于光催化降解污染性水源的实际应用。

  图5. (a)本研究用于MB、MG和DB151的光催化降解设备；(b)改性木材对MB、MG和DB151(有机染料conc = 6 mg/L，pH = 7)的光催化降解率图；(c)光降解亚甲基蓝35次循环的紫外光谱图(有机染料conc = 6 mg/L，pH = 7)；(d)改性木材对不同初始浓度MB的光催化降解循环图。

  2022级硕士研究生戴佳慧和2023级硕士研究生杨宇晨为论文共同第一作者，高伟教授为论文通讯作者，其他作者包括材料与化学工程学院硕士研究生杨阳、唐泷、王玲玲以及汤正捷副教授、李君教授、杨龙研究员和杜官本院士。该研究得到了云南省应用基础研究重点项目(202201AS070027)，国家自然科学基金(32260360)，云南省“兴滇英才”计划青年拔尖人才专项(80201402)资助。

  高伟教授团队近年来致力于木质先进功能材料基础研究和应用开发，在实木锯材、工程木质复合材料表面超疏水、自清洁、抗紫外、抗老化以及木质油水分离材料、光催化降解有机染料、甲醛和VOCs等木质功能材料领域开展了一系列研究，已在Chem Eng J、ACS Sustain Chem Eng、Appl Surf Sci、Ind Crop Prod、J Environ Manage、Holzforschung、Wood Sci Technol等SCI期刊发表学术论文60余篇，部分研究成果已初步开始在企业转化，培养了多名硕士研究生获得国家留学基金委和国外高水平大学全额奖学金攻读博士学位。

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