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科學家們青睞于利用海綿材料處理水油分離問題
導讀：海綿材料在水油分離領域中，具有頗為理想的實踐性，其中以我們日常生活中常見的聚氨酯海綿展開的科學研究更為活躍。
【塑料機械網 科技創(chuàng)新】 隨著越來越多的油田被發(fā)現，石油開采工作在世界各地展開，海洋油田也得益于技術的進步而被廣泛開采。不過，漏油問題仍然是伴隨著油田開采的一個重要問題，相信十年前墨西哥灣鉆井平臺漏油事件帶來的環(huán)境問題仍然讓很多人覺得油田開采過程需要得到更加完備的防漏油措施。
此前，俄羅斯的托木斯克理工大學與法國的里爾大學就針對水中原油的吸附問題聯合開發(fā)了一種新型材料。這是一種聚氨酯海綿，它具有超疏水性，在防水的同時又可以快速吸附石油分子。
選擇性吸附是一個緊要問題，由于科研人員采用的是普通的聚氨酯家用海綿，他們在如何令其在油水混合物中實現僅吸油而不與水相發(fā)生作用的問題上進行了多次試驗。
他們先是將海綿置于含有重氮鹽的水溶液中并加熱至60℃，這一過程中產生的活性自由基對海綿發(fā)生侵蝕作用，并在海綿表面形成同時具有疏水性和油敏感性的新有機基團。而后他們又選擇在海綿的結構中加入了鐵納米粒子，使其對非極性分子的敏感性增加。
科研人員通過使用不同穩(wěn)定度的水油混合乳液對該海綿進行測試，其結果都展現出海綿理想的吸附效果，并且經過重復使用也并不折損其本身的吸附能力。
實際上，使用海綿材料來實現水油分離已經成為科學界的一種共通的思路：
硅烷分子吸附型海綿
早年間，在美國阿貢國家實驗室的科研人員就已研究出了一種名為Oleo Sponge的新型海綿，據悉，他可以吸附超過自身重量90倍的原油。這種海綿的基礎材料也是常見的普通聚氨酯海綿，通過連續(xù)滲透合成(SIS)技術，在海綿內創(chuàng)建了一層薄的金屬氧化物“底漆層”，然后將親油的硅烷分子附著在這一層上，使得海綿具有吸附油的能力。
經過實地測試，該材料展現出較為理想的吸附效果，可通過物理擠壓祛除油類之后重復使用，具有很好的可操作性。但是目前的實驗結果僅表示在普通環(huán)境下該海綿的應用效果，可以一定程度上緩解近海的石油泄漏問題，不過在深海高壓環(huán)境下是否仍能保持其性能尚無定論。
納米晶硅吸附型海綿
前不久，多倫多大學與倫敦帝國理工學院的研究人員也開發(fā)出了一種類似的海綿工具。在這一項目中，使用了一種包含納米晶硅顆粒的涂層，對聚氨酯泡沫的質地、化學性質以及電荷進行了改變，由此使聚氨酯泡沫可用應用的酸堿度范圍值拓寬，在保持相對穩(wěn)定的吸附力的情況下適應不同的吸附環(huán)境。
這種海綿主要應用于工業(yè)廢水的過濾，水在濾過海綿時，納米晶硅顆粒會產生吸附油類的作用，并在海綿表面形成涂層，再經由溶劑處理將油萃取出，便又可投入使用。科研人員表示：“盡管我們的海綿為凈化工業(yè)廢水而設計，但是在淡水或海洋條件中使用也可以用來改善未來因污染泄漏而帶來的環(huán)境問題”。
聚硅氧烷木材海綿
此前，中國林科院木材改性研究團隊以天然可再生木材為原料，針對油水分離技術開發(fā)了一種新型的木材海綿吸附材料。科研人員以低密度的輕木為原料，通過化學手段將木材細胞壁中的木質素與半纖維素有序剝離出來，保留下纖維素骨架，再經過冷凍干燥處理制備出具有低密度、高孔隙度層狀結構的木材海綿。在木材海綿的纖維素骨架表面，科研人員利用氣相沉積法為其添加了一層聚硅氧烷涂層，以獲得疏水親油特性。
據悉，該材料具有高彈性，即使經100次循環(huán)壓縮試驗，其回彈率仍可保持在99%，吸油量可以達到自身重量的41倍，僅通過物理擠壓手段就可以對油類進行回收。該種吸油海綿的制備案例也為木材基吸油材料在水油分離領域提供了成功的思路。
結語：可以看出，海綿材料在水油分離領域中，具有頗為理想的實踐性，其中以我們日常生活中常見的聚氨酯海綿展開的科學研究更為活躍。水油分離技術在許多方面都有應用，而在此基礎上，針對于其他雜質與水的分離技術也可以由此獲得靈感，比如采礦業(yè)、紡織業(yè)、天然氣業(yè)等，這些產業(yè)產生的廢水將有望使用更具效率和綠色的處理技術，而這也將為環(huán)境保護和污染治理提供新的思路。
資料參考：環(huán)球聚氨酯網、中國科學報、cnBeta、中國綠色時報
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