水面浮油的連續(xù)收集取得重要進(jìn)展
近期，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院俞書宏教授領(lǐng)導(dǎo)的課題組和中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)工程科學(xué)學(xué)院丁航教授領(lǐng)導(dǎo)的研究組合作，在清理回收水面浮油裝置的設(shè)計(jì)及應(yīng)用方面取得重要進(jìn)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(guó)應(yīng)用化學(xué)》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(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)和濱海環(huán)境帶來(lái)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(duì)于粘度較小的石油，由于其擴(kuò)散面積大、油層薄等特點(diǎn)，很難利用傳統(tǒng)的圍油收集方式來(lái)清理。采用分散劑、微生物富養(yǎng)化以及燃燒等手段不僅對(duì)生態(tài)環(huán)境帶來(lái)二次破壞或污染，而且浪費(fèi)日益短缺的能源油品。因此，進(jìn)一步發(fā)展新材料、新技術(shù)來(lái)高效清理并回收水面低粘度浮油和不溶于水的碳?xì)浠镆咽瞧仍诿冀蕖?
近年來(lái)，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(lǐng)域受到了廣泛的關(guān)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(duì)這些材料的運(yùn)輸、播撒以及回收都帶來(lái)很大的困難，加上后期回收浮油的操作復(fù)雜、成本高昂，阻礙了多孔疏水親油材料的商業(yè)化應(yīng)用進(jìn)程。
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中國(guó)科技大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院13級(jí)碩博生葛進(jìn)同學(xué)等在導(dǎo)師指導(dǎo)下，創(chuàng)新地提出將經(jīng)疏水納米二氧化硅處理過(guò)的疏水親油海綿與自吸泵相結(jié)合的新思路而成功設(shè)計(jì)了一種新型浮油收集設(shè)備，實(shí)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(shè)備的關(guān)鍵部分是疏水親油海綿，其獨(dú)特的相互貫穿的大孔結(jié)構(gòu)使油能在海綿內(nèi)部快速流動(dòng)，同時(shí)也阻礙水的浸透。丁航教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)利用流體力學(xué)理論模型，證明了該浮油收集設(shè)備的吸油機(jī)理，即該海綿在自吸泵的作用下，油/空氣和油/水界面的毛細(xì)管壓會(huì)根據(jù)自吸泵產(chǎn)生的負(fù)壓變化進(jìn)行自發(fā)的進(jìn)行調(diào)控，使油-空氣和油-水界面像保護(hù)膜一樣阻止水和空氣進(jìn)入海綿內(nèi)部，只有水面浮油在海綿內(nèi)部負(fù)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(shí)，空氣則進(jìn)入海綿內(nèi)部并被抽走，有浮油時(shí)，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(jié)合的設(shè)計(jì)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(lái)的實(shí)際使用中，這種浮油收集設(shè)備可進(jìn)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(gè)具有無(wú)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(lái)，作為油輪和海上鉆井平臺(tái)的應(yīng)急設(shè)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(qǐng)中國(guó)專利。本研究受到國(guó)家重大科學(xué)研究計(jì)劃、中國(guó)科學(xué)院重點(diǎn)部署項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。
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（合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，蘇州納米科技協(xié)同創(chuàng)新中心）
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