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新型吸附材料只爱油不爱水

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发表于 2019-1-10 10:44:00 | 显示全部楼层 |阅读模式
各种油产品(石油及其产品、油脂类、与水不相溶的化学品等)给人们日常生活带来方便的同时,也带来巨大的安全和健康隐患。如在原油运输和加工过程中产生的含油污水会使环境介质缺氧而导致生态灾难;废弃食用油脂(俗称地沟油)的有效分离成为其高值化利用的瓶颈之一;废弃油脂与城市生活污水混合后直排进入城市污水处理系统,这不仅造成环境资源的浪费,还会大大降低城市污水处理效果。
“这种材料吸油不吸水,与水的接触角达到150°以上,能够吸附自重23倍以上的原油,保油率达93%,可重复使用1000次以上。不仅可用于水上浮油的吸附,且可实现水下高密度有机污染液体的吸附。”中科院宁波材料所海洋新材料与应用技术重点实验室最新研发的亲油疏水材料和新型智能溢油应急装置,目前已在上海仪耐新材料科技有限公司进行规模化投产,这也是国内首条日产2500平方米连续式亲油疏水材料生产线。预计到今年年底之前,亲油疏水材料与溢油应急装备日产量将达到25000平方米。
今年国务院批准了我国第一个溢油应急计划,以应对日益增加的海上漏油风险。到2020年,中国将拥有191座海上应急设备库、260艘应急船舶和52个岸上应急设备库,以及能够处置紧急情况的经过培训的人员。
对于溢油应急而言,油污处理速度和效率至关重要。为实现高效、快速的溢油应急处理,中科院宁波材料所海洋新材料与应用技术重点实验室海洋功能材料研究团队曾志翔、王刚等研究人员,研制了系列新型亲油疏水材料,并基于这些材料开发新型智能溢油应急装置。
传统方法影响海洋生物生长
“近年来,随着石油化工行业的迅速发展和石油产品的大量使用,由溢油引起的环境污染日益严重。美国墨西哥湾因漏油事件,大连新港油罐区发生爆炸和原油泄漏事故,渤海中部的蓬莱19-3油田先后发生溢油事故,造成巨大经济损失和生态破坏。”中科院宁波材料所研究员曾志翔说。
货轮靠岸时压舱水、洗舱水、机舱污水的排放也会导致大量含油废水产生。据统计,无重大漏油事件发生时,大型港口每年仅船舶压舱水、船舶洗舱水、机舱含油污水等的排放量就达到数万吨。
传统的溢油应急与油污清理包括以下几种方法:围油栏、吸附、撇油器机械法回收、溢油分散剂、微生物等。对于小型油污泄漏事故主要采用围油栏先控制溢油的扩散,再利用聚乙烯、聚胺酯泡沫、聚苯乙烯纤维等人工合成的材料以及锯末、麦秆等天然吸油材料吸附,最后遗留的薄油层利用微生物处理。
“这些方法存在诸多缺点:吸附材料吸油的同时也吸水,油的回收较为困难;对油污处理速度较慢,效率较低;残留的薄油层分散到水里,形成乳化油,严重影响海洋生物的生长。”曾志翔说。
新吸附材料只爱油不爱水
如何提高吸附效率,减少对环境的破坏,研制出效果更好的吸附材料,一直是科学家们关注的重点。
中科院宁波材料所海洋新材料与应用技术重点实验室薛群基院士,于2012年开始布局“选择性吸附与透过材料及在溢油应急中的应用”研究方向。经过4年的努力,该重点实验室海洋功能材料研究团队研制了系列亲油疏水材料,并基于这些材料开发新型智能溢油应急装置。
“这种材料通过对材料的孔径控制、结构设计及表面的调控,研制出系列亲油疏水金属和高分子材料,分别实现对水上原油、重油、轻油、柴油汽油、有机化学液体及水下有机化学液体等的高效吸附与回收。”曾志翔介绍,通俗地说,这种新材料只爱油不爱水。
这种材料能够吸附自重23倍以上的原油,保油率达93%,可重复使用1000次以上。不仅可用于水上浮油的吸附,且可实现水下高密度有机污染液体的吸附。“它和传统吸油材料相比有几个特点:吸油不吸水、吸油倍率很高、吸油速度快、油可以挤出来重新使用。”曾志翔说。
溢油治理变得环保又简单
现有溢油应急处理过程中,首先将传统吸油材料投掷到海面,再打捞上船处理油污,程序相对繁琐。
“基于亲油疏水材料的溢油应急装备,则免去吸油材料投掷与打捞过程。由于亲油疏水材料在水面上具有极低的阻力,因此可以在海面拖行对溢油进行吸附处理,并利用真空装置实现油污原位回收,整个过程简单高效,开创了海洋溢油治理的新方法。”曾志翔说。
研究人员采用的这种方法叫作“高分子刷”技术。这是一种化学的方法,是一种附着在基材表面的高度伸展的单分子层结构材料,而刷子的“毛”由无数几十到几百纳米的大小分子组成。“虽然属于化学方法,但生产过程中没有废水废气排放,不仅环保而且工艺步骤少、成本低。”
实现了低成本大面积产业化
“超疏水材料一直是业界研究的热点,但由于成本、性能稳定性等方面原因,未见大规模批量生产。”曾志翔说。
中科院宁波材料所这一成果的批量产品已在苏州河进行油污处理试点。目前已与中石油海上应急救援响应中心签署了全面战略合作协议,并与金山石化、胜利油田等石油企业达成合作意向。
曾志翔介绍,基于研制的吸油网和吸油多孔材料,海洋功能材料研究团队正在联合上海北斗产业园区相关企业开发5万平方米的智能海洋溢油应急装备系统,加快该技术的推广,争取为溢油处理、油水分离等需求行业做出实实在在的贡献。
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