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只吸油不吸水?这块海绵堪称海上溢油“清洁工”!

   次浏览   中国科学技术科学   2021-02-16

随着社会的进步和石化行业、海洋科学的迅速发展,世界上溢油事故、有机污染物随意排放等频繁发生,对生态环境及水体生物造成了严重的破坏。因此,如何应对水体污染带来的危害成为了全世界共同关注的话题。
  海洋溢油事故(图片来源于网络)
原油和有机污染物往往通过原位燃烧、机械收集、化学分散剂分散、吸附性材料吸附等比较传统的方法进行清理。吸附性材料由于可同时清除和收集污染物,成为处理溢油事故和有机污染物的有效并且具有发展前景的方法。然而,传统的吸附材料不仅分离效率低而且容易造成二次污染。
针对目前存在的问题,一些新兴的吸附性能优异的环保材料如聚氨酯海绵(具有独特的三为孔结构、优异的有机吸附能力、且成本低廉)逐渐进入了大众的视线。且通过对聚氨酯海绵进行改性,可以达到超疏水/超亲油效果,从而实现海绵只吸油不吸水,这种改性海绵将成为油水分离的具有前景的新型材料。
近年来,氧化石墨烯(rGO)及其衍生物因其优异的物理和化学性能、低廉的成本得到了广泛关注。中国石油大学(华东)曹宁教授团队通过改进的Hummers法制备氧化石墨烯,同时受到贻贝蛋白(图2)多巴胺的强黏附性和自聚合成膜特性的启发,采用简单有效的方法制备出超疏水/超亲油的还原氧化石墨烯衍生物材料,该rGO-fPDA功能化海绵具有超疏水功能,对有机物也具有高的吸附能力,同时还具有强耐腐蚀和一定的循环稳定性。该研究成果于近期发表在Science China Technological Sciences
 多巴胺的黏附性(图片来源于网络)
研究人员首先将多巴胺加入到氧化石墨烯悬浮液中;然后与1H,1H,2H,2H-全氟癸基硫醇(PFDT)反应,成功制备出氟化的还原氧化石墨烯纳米片(rGO-fPDA);最后通过多次浸渍法将rGO-fPDA稳定黏附于聚氨酯海绵骨架(见图3)。
3  rGO-fPDA的制备流程图
所制备的rGO-fPDA功能化海绵具有如下特点:
1

具有超疏水功能,其水接触角为162±2°;

2

对有机物具有高吸附能力,其中,对氯仿的吸附能力达到了118.44 g/g

3

可以实现对不相溶油水混合物的高效分离,对乳液的分离甚至实现原油脱水;

4

具有强耐腐蚀能力,在不同pH的腐蚀溶液中仍能保持疏水状态,水接触角均大于135°;

5

具有一定的循环稳定性,在10次循环测试中,对汽油、柴油、泵油的循环稳定性分别可以达到94.7%93.5%93.7%


 功能化海绵的超疏水特性及其油水分离能力. (a) rGO-fPDA负载量对功能化海绵表面润湿性的影响; (b) 功能化海绵对不同有机物的吸附能力; (c) 功能化海绵的不相溶油水混合物分离过程

由此可知, rGO-fPDA功能化海绵具有超疏水功能,对有机物具有高的吸附能力,同时具有强耐腐蚀性以及一定的循环稳定性,且制作简单,所以rGO-fPDA功能化海绵作为吸附剂在清理大规模原油和有机物污染物以及原油脱水方面具有广阔的应用前景。购买连接》》

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