水面浮油的連續(xù)收集取得重要進展
近期，中國科學技術大學合肥微尺度物質(zhì)科學國家實驗室、化學與材料科學學院俞書宏教授領導的課題組和中國科學技術大學工程科學學院丁航教授領導的研究組合作，在清理回收水面浮油裝置的設計及應用方面取得重要進展。研究成果以“Pumping through porous hydrophobic/oleophilic materials: an alternative technology for oil spill remediation”為題刊登在《德國應用化學》期刊上（Angew. Chem.-Int. Ed. 2014, 53(14), 3612-3616），并被該刊選為 “Hot Paper”。
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頻繁的石油泄漏事故對海洋生態(tài)系統(tǒng)和濱海環(huán)境帶來巨大的破懷。商用的撇油器處理粘度較大的重油非常有效。但對于粘度較小的石油，由于其擴散面積大、油層薄等特點，很難利用傳統(tǒng)的圍油收集方式來清理。采用分散劑、微生物富養(yǎng)化以及燃燒等手段不僅對生態(tài)環(huán)境帶來二次破壞或污染，而且浪費日益短缺的能源油品。因此，進一步發(fā)展新材料、新技術來高效清理并回收水面低粘度浮油和不溶于水的碳氫化物已是迫在眉睫。?
近年來，由于多孔疏水親油材料表現(xiàn)出優(yōu)異的油水分離性能，使其在處理水面浮油領域受到了廣泛的關注。然而，這些多孔疏水親油材料的吸油容量有限，消耗量大，因而對這些材料的運輸、播撒以及回收都帶來很大的困難，加上后期回收浮油的操作復雜、成本高昂，阻礙了多孔疏水親油材料的商業(yè)化應用進程。
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中國科技大學化學與材料科學學院13級碩博生葛進同學等在導師指導下，創(chuàng)新地提出將經(jīng)疏水納米二氧化硅處理過的疏水親油海綿與自吸泵相結合的新思路而成功設計了一種新型浮油收集設備，實現(xiàn)了能在水面上連續(xù)而高選擇性的收集水面浮油。研究發(fā)現(xiàn)，該浮油設備的關鍵部分是疏水親油海綿，其獨特的相互貫穿的大孔結構使油能在海綿內(nèi)部快速流動，同時也阻礙水的浸透。丁航教授領導的研究團隊利用流體力學理論模型，證明了該浮油收集設備的吸油機理，即該海綿在自吸泵的作用下，油/空氣和油/水界面的毛細管壓會根據(jù)自吸泵產(chǎn)生的負壓變化進行自發(fā)的進行調(diào)控，使油-空氣和油-水界面像保護膜一樣阻止水和空氣進入海綿內(nèi)部，只有水面浮油在海綿內(nèi)部負壓的作用下流入到海綿中并被抽走。有趣的是水面上沒有浮油時，空氣則進入海綿內(nèi)部并被抽走，有浮油時，海綿轉(zhuǎn)而吸取浮油，直到浮油消失。
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課題組所提出的疏水親油材料同自吸泵的結合的設計方案，將大大減少疏水親油材料的用量，省去浮油回收操作，因此降低浮油清理與回收的難度和成本。在將來的實際使用中，這種浮油收集設備可進一步集成，得到一張浮油收集網(wǎng)，浮油收集船可拖曳著這個具有無限吸油容量的“大網(wǎng)”，像捕魚一樣收集水面的浮油。此外該材料還可折疊起來，作為油輪和海上鉆井平臺的應急設施，以便快速處理原油泄漏事故。
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上述工作已經(jīng)申請中國專利。本研究受到國家重大科學研究計劃、中國科學院重點部署項目、國家自然科學基金等項目的資助。
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?。ê戏饰⒊叨任镔|(zhì)科學國家實驗室，化學與材料科學學院，蘇州納米科技協(xié)同創(chuàng)新中心）
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