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  溢油事故的頻繁發(fā)生，不僅導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)損失和資源浪費，還嚴(yán)重危害了生態(tài)環(huán)境和海洋生物的安全。為了吸附和回收泄漏的原油，人們已經(jīng)采取了各種措施，但現(xiàn)有的方法往往會消耗大量的資源和人力。

  具有疏水親油和可壓縮回彈特性的多孔吸附材料非常適用于原油清理與回收，且不會對環(huán)境產(chǎn)生不良影響。但是，由于原油的高粘度和低流動性，很難被多孔材料快速地吸收，大大降低了材料多原油的吸附效率。此外，多孔材料出色的吸附性能和原油的強(qiáng)附著力，也會使吸附在材料內(nèi)的原油在室溫下很難被排出。據(jù)報道，原油具有優(yōu)異的溫敏特性，即可以通過加熱來降低原油的粘度，提高原油的流動性。因此，利用太陽能輔助具有光熱效應(yīng)的吸附材料，實現(xiàn)高效光熱轉(zhuǎn)化加速原油吸收成為了研究熱點。

  目前，兼具疏水、可壓縮回彈和光熱效應(yīng)特性的多孔吸附材料大致可分為三類：一是合成碳基多孔材料，這類材料性能優(yōu)異，但制備繁瑣，成本過高；二是改性商業(yè)海綿，這類材料大多性能優(yōu)異，但是不能兼具綠色、環(huán)保等特點；三是表面改性的天然生物質(zhì)材料，這類材料具有綠色環(huán)保、天然可降解的特點，是一種理想的吸附材料。但目前存在的生物質(zhì)吸附材料，多為硬質(zhì)易碎材料，且制備工藝相對復(fù)雜，限制了其使用。因此，制備一種具備低成本、高原油吸附的生物質(zhì)吸附材料成為一大挑戰(zhàn)。

油墨改性植物纖維海綿制備和原油回收示意圖

  最近，福建工程學(xué)院材料院陳汀杰副教授課題組在Journal of Hazardous Materials期刊上發(fā)表了以“Solar-Assisted High-Efficient Cleanup of Viscous Crude Oil Spill using an Ink-Modified Plant Fiber Sponge”為題的研究論文，彭響方教授和陳汀杰副教授為通訊作者，碩士生劉智勇與本科生陳夢瑤和林澈為共同第一作者。本研究制備了一種具有較強(qiáng)的機(jī)械穩(wěn)定性和疏水性的聚二甲基硅氧烷（PDMS）包裹油墨改性的植物纖維海綿（PFS@GC@PDMS）。制備得到的PFS@GC@PDMS表現(xiàn)出良好的可壓縮性、疏水性（141^°的水接觸角）、吸光性能（>96.0%）和吸油能力（12.0-27.8 g/g）。在光熱效應(yīng)的作用下，PFS@GC@PDMS能夠顯著降低原油的粘度，對原油的吸附速度比無光照條件下提升了25倍，大大提高了對原油的吸附和回收效率。

圖1. PFS@GC@PDMS海綿的制備流程、結(jié)構(gòu)及形貌

  研究首先以膨脹石墨和炭黑為原料，與白乳膠混合，通過物理球磨的方法，制備得到了一種水性的石墨基油墨。然后，以合成的油墨作為粘結(jié)劑，添加到植物纖維發(fā)泡材料的制備流程中，通過機(jī)械攪拌發(fā)泡的方法制備得到了具有光熱效應(yīng)的油墨改性植物纖維材料。最后，采用PDMS改性該材料，制備得到具有疏水、可壓縮回彈和光熱轉(zhuǎn)化性能的PFS@GC@PDMS海綿。該材料具有疏松多孔結(jié)構(gòu)，包含微米級和毫米級的孔隙。這種分級多孔結(jié)構(gòu)形成的孔隙，毛細(xì)管效應(yīng)強(qiáng)，有利于原油的吸附（如圖1）。

圖2. PFS@GC@PDMS海綿的力學(xué)性能

  PDMS改性提升了PFS@GC@PDMS材料的結(jié)構(gòu)韌性和穩(wěn)定性，材料最大可以承受60%的應(yīng)變壓縮。在50%應(yīng)變壓縮回彈實驗，證明PFS@GC@PDMS具良好的形變恢復(fù)能力，能夠承受5000個循環(huán)壓縮后而不被破壞（如圖2）。

圖3. PFS@GC@PDMS海綿光熱轉(zhuǎn)化效果及對原油的吸附情況

  研究表明，PFS@GC@PDMS海綿具有優(yōu)異的光熱效果，在一個太陽光的照射下，材料表面的溫度可以在5 min內(nèi)從室溫（20℃）上升到68℃。且材料還有較好的溫度傳導(dǎo)能力，可以將表面的熱能傳到材料底部。在一個太陽光的照射下，材料的上下表面溫差僅為23℃，即對于一塊厚度為 8 mm的材料，材料底部的溫度可達(dá)到45℃。因此，在光熱效果的作用下，PFS@GC@PDMS能夠顯著降低原油的粘度，對原油的吸附速度比無光照條件下提升了25倍（圖3）。將PFS@GC@PDMS海綿與微型隔膜泵相連，在光熱的輔助下，它能從油水混合液中將油污持續(xù)地吸附和回收（圖4）。

圖4 利用光熱效應(yīng)對原油的吸附

  總結(jié)：作者合成了一種水性石墨基油墨，用其制備具有光熱效應(yīng)的油墨改性植物纖維復(fù)合材料。在PDMS改性后，制備得到了具有可壓縮回彈和光熱效應(yīng)特性的疏水PFS@GC@PDMS多孔吸油材料。利用光熱效應(yīng)輔助作用，可以將其用于吸附并回收海上泄漏的原油，為電力或陽光充足的近海地區(qū)所泄漏的原油回收提供了一個可行方案。

  文章信息：Zhiyong Liu, Mengyao Chen, Che Lin, Fuying Li, John Tosin Aladejana, Jiahui Hong, Gang Zhao, Zipeng Qin, Xiaowang Zhu, Weijie Zhang, Dinggui Chen, Xiangfang Peng*, Tingjie Chen*, Solar-assisted high-efficient cleanup of viscous crude oil spill using an ink-modified plant fiber sponge. 2022, 432: 128740.

  https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2022.128740