我国科学家研制出快速吸附水面浮油材料

(通讯员范琼、通讯员郭爽)合肥国家微尺度材料科学实验室和中国科技大学化学与材料科学学院教授于书红的研究团队在高粘度浮油吸附材料的设计方面取得了突破性进展。俞叔洪的研究小组首次将焦耳热效应引入到多孔疏水亲油吸油材料中，设计开发了能够快速降低水面原油粘度的石墨烯功能海绵组装材料和能够连续收集环境中泄漏原油的收集装置，大大提高了吸油材料对高粘度浮油的吸附速度，显著缩短了浮油的清洗时间。该结果于4月3日发表在《自然纳米技术》杂志的网络版上。

海上溢油不仅给生态环境带来灾难性的破坏，而且造成巨大的经济损失。原油泄漏引起的水面浮油具有面积大、油层薄、粘度大等特点。用传统的技术和材料很难有效地处理。近年来，多孔疏水亲油材料因其成本低、油水分离效率高、操作简单、环境友好等诸多优点逐渐引起研究者的关注。然而，多孔疏水亲油材料只对低粘度油品有较高的吸附效率，而且很难清除回收表面原油的泄漏。由于原油的粘度相对较大，即使对于低粘度原油，其粘度也会在泄漏后的几个小时内增加数百倍或更多，使得多孔疏水亲油材料难以将浮油快速吸附到内部，从而降低了多孔疏水亲油材料的利用率和清洗浮油的速度。因此，为了促进多孔疏水亲油材料在海洋浮油清洗领域的广泛应用，迫切需要解决高粘度浮油在多孔疏水亲油材料中扩散缓慢的问题。

研究人员发现，对石墨烯功能化海绵施加电压后，所产生的焦耳热会迅速升高与石墨烯功能化海绵接触的原油的温度，有效降低与石墨烯功能化海绵接触的原油的粘度，从而提高原油在石墨烯功能化海绵中的扩散系数，最终使石墨烯功能化海绵能够快速吸附水面上的高粘度原油。为了提高电能的利用效率，他们将加热区域限制在石墨烯功能化海绵的底部。顶层的海绵和水面的浮油相当于隔热层，减缓了热量向空气和水中的扩散，提高了向原油的传热效率。在这种有限加热设计下，功耗降低了65.6%，石墨烯消耗降低了50%，吸油时间仅为常温石墨烯海绵的5.4%。此外，他们还提出了阵列电极的设计，证明这种焦耳热辅助多孔疏水亲油材料的吸油技术可以实现工业化生产。阵列电极设计使得大面积石墨烯改性海绵在低上电电压下仍能被加热到很高的温度，这对于该技术未来的商业化具有重要意义。

本研究提出的可加热石墨烯功能化海绵组装材料可以通过优化材料和结构进一步降低材料成本和功耗，有望在未来海上原油泄漏事故处理中得到广泛应用。

《自然纳米技术》杂志的评论者评论道:“这项研究利用石墨烯的焦耳热效应使石墨烯改性海绵能够原位降低原油的粘度，从而从水面去除原油。这个想法非常新颖和创新。”该杂志发表评论说:“原位调整油的流变性，最终实现油的快速清洗是一个独创的概念，开启了快速清洗水面高粘度浮油的新时代。使用类似的策略，我们可以想象未来的智能复合材料还可以吸收乳化的高粘度油和水下超重油或沥青。”

《中国科学新闻》(第一版集锦，2017年4月10日)