吸油材料研究進(jìn)展

王澤甲,張小博,武玉亮,楊紹娟（燕京理工學(xué)院,河北　廊坊　065201）

吸油材料研究進(jìn)展

王澤甲,張小博,武玉亮,楊紹娟
（燕京理工學(xué)院,河北廊坊065201）

摘要：隨著工業(yè)的發(fā)展，油污染事件頻繁發(fā)生。吸油材料的研究與開發(fā)在解決環(huán)保、生態(tài)環(huán)境等問題方面發(fā)揮著舉足輕重的作用。本文對(duì)吸油材料進(jìn)行了全面的概述，對(duì)其分類、吸油機(jī)理、吸油性能的表征進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。分析了現(xiàn)階段的常用的吸油材料存在的缺點(diǎn)及不足，并對(duì)其前景進(jìn)行了展望，吸油材料應(yīng)向著高效、廉價(jià)、環(huán)保、可生物降解的方向發(fā)展。

關(guān)鍵詞：吸油材料;吸油性能;天然生物質(zhì)材料

由于工業(yè)的發(fā)展與人們生活生產(chǎn)的需要，對(duì)石油資源的消費(fèi)與日俱增，導(dǎo)致石油化工企業(yè)持續(xù)擴(kuò)增，而由此產(chǎn)生的含油污水的水質(zhì)更加復(fù)雜多樣，帶來的污染問題日趨嚴(yán)重。油體泄漏會(huì)污染海岸沿線，危害海洋生物，而且還破壞了海濱風(fēng)景，影響美學(xué)價(jià)值，給經(jīng)濟(jì)帶來巨大的損失。處理水面浮油常用的處理方法有物理、化學(xué)和生物技術(shù),處理海上石油泄漏的主要措施是用吸油物質(zhì)來機(jī)械回收泄漏區(qū)域的石油。用吸油材料處理含油污水，具有快速、高效、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)，而且吸油材料一般價(jià)格低廉，降低了處理成本。吸油材料作為一種環(huán)保型溢油處理手段，既具有吸附法處理溢油的優(yōu)點(diǎn)，又避免了新的環(huán)境問題的產(chǎn)生，具有廣闊的應(yīng)用前景。為了凈化環(huán)境，需迅速有力地回收因各種原因泄入環(huán)境的油污，因而吸油材料的研究開發(fā)是國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究重點(diǎn)。

1　吸油材料的介紹

吸油材料根據(jù)不同的分類方法，可以進(jìn)行多種分類。一般可分為傳統(tǒng)吸油材料和新型吸油材料兩大類。

1.1傳統(tǒng)型吸油材料

按原料分，傳統(tǒng)型吸油材料可分為無機(jī)吸油材料和有機(jī)吸油材料兩種類型，其中，有機(jī)吸油材料又包括天然有機(jī)吸油材料和合成有機(jī)吸油材料；按吸油機(jī)理可分為凝膠型、吸藏型和吸藏凝膠復(fù)合型；還可按材料的外觀分類，可分為片狀類、粒狀水漿類、粒狀固體類、包裹類、編織布類、乳液類等[1]。

由于傳統(tǒng)吸油材料具有吸油效果不明顯、吸油量低、油水選擇性不高、保油性能差等特點(diǎn)，已經(jīng)滿足不了實(shí)際應(yīng)用，因此傳統(tǒng)吸油材料已開始向新型吸油材料過渡，研究新型吸油材料是必然趨勢(shì)。

1.2高吸油材料

高吸油材料是一種功能高分子材料，優(yōu)點(diǎn)是高效性，吸油速度快、吸油量大、吸油品種多，油水選擇性高，吸油后不漏油，且使用方便，而且對(duì)水面浮油也能有效回收，對(duì)水具有凈化作用。

按單體不同，高吸油樹脂材料一般可分為兩類：

（1）丙烯酸酯類及甲基丙烯酸酯類，這兩類單體來源廣泛，是常見的聚合單體。國(guó)內(nèi)的主要研究方向是丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯高吸油樹脂；

（2）烯烴類。由于烯烴分子內(nèi)不含極性基團(tuán)，因此此類樹脂對(duì)油品有更加優(yōu)越的親合性能。國(guó)內(nèi)外研究的新熱點(diǎn)是長(zhǎng)碳鏈烯烴，這部分烯烴對(duì)各種油品均有很好的吸收能力，但是由于來源較少，至今仍處于研究開發(fā)階段。

高吸油樹脂的合成方向有兩個(gè)：一是純單體合成高吸油樹脂；二是對(duì)天然或合成高分子進(jìn)行改性合成高吸油樹脂。

2　吸油機(jī)理

傳統(tǒng)型吸油材料的吸油機(jī)理包括吸藏型、凝膠型和吸藏凝膠復(fù)合型。具有疏松多孔結(jié)構(gòu)物質(zhì)的吸油材料大多是吸藏型，通過借助材料表面存在的間隙和孔洞的毛細(xì)管力吸附油品并將其保持在孔隙間。這種吸油材料具有吸油速度快，但保油性差的特點(diǎn)。低交聯(lián)的親油高聚物的吸油材料是凝膠型，特點(diǎn)是吸油時(shí)需加熱，吸油速度慢，冷卻后形成膠體。這類材料依靠存在于分子間或材料間的物理凝聚力，在形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的過程中產(chǎn)生間隙空間對(duì)油進(jìn)行包裹吸收。吸藏凝膠復(fù)合型是以上兩種機(jī)理的結(jié)合，既具有多孔結(jié)構(gòu)，在其吸油后分子又能形成凝膠。具有吸油量少，種類也少，吸油速度慢的特點(diǎn)。

高吸油樹脂的吸油機(jī)理是通過存在于親油基和油分子間的范德華力來吸油的。高吸油性樹脂的基本單體是親油性單體，由低交聯(lián)度聚合物構(gòu)成，材料內(nèi)部具有一定的微孔，高分子之間具有三維交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。由于存在樹脂分子內(nèi)的親油基鏈段與油分子會(huì)發(fā)生溶劑化作用，高吸油性樹脂發(fā)生溶脹。由于存在網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)，當(dāng)交聯(lián)程度適當(dāng)?shù)那闆r下，樹脂只溶脹而不溶解，油分子被包裹在大分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，達(dá)到吸油和保油的目的。

3　吸油性能指標(biāo)

吸油材料的吸油性能一般包括吸油率、吸油速度、保油性能、油水選擇性、毒性等指標(biāo)。吸油率要大吸收的油量盡可能多，多用質(zhì)量比來表示，吸油率=（吸油后材料的質(zhì)量—吸油前材料的質(zhì)量）/吸油前材料的質(zhì)量；吸油速度要快，吸油速度可以用單位質(zhì)量的吸油材料吸一定量的油需要多少時(shí)間來表示，也可以用單位質(zhì)量的吸油材料在一定的時(shí)間內(nèi)吸多少油來表示。保油性好的吸油材料不易漏油，能夠?qū)⒂秃芎玫陌谖筒牧现?。油水選擇性好的吸油材料吸油量多，吸水量少甚至不吸水。而且吸油材料必須無毒性，避免產(chǎn)生二次污染。

4　天然生物質(zhì)材料研究現(xiàn)狀

我國(guó)作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國(guó)，具有非常豐富的生物質(zhì)資源。小麥、玉米、水稻、棉花、大豆等農(nóng)作物每年產(chǎn)生的秸稈量約7億噸，而其中6億噸的秸稈可進(jìn)行收集利用。但目前，30%～40%的秸稈采用堆砌處置或露天焚燒等方式處理[2]，不僅對(duì)大氣環(huán)境造成污染，增加溫室氣體排放，而且給人們的生產(chǎn)生活帶來許多危害，焚燒產(chǎn)生的濃煙使空氣的能見度下降，可見范圍降低，容易引發(fā)交通事故；焚燒產(chǎn)生的二氧化氮、二氧化硫、可吸入顆粒物的濃度達(dá)到一定程度時(shí)，刺激人的眼睛、鼻子和喉嚨，引發(fā)身體疾病。我國(guó)的森林蓄積量137.21億m3，具有數(shù)量巨大的林木生物質(zhì)資源，達(dá)190億噸以上，林地廢物樹皮、樹葉、鋸末等分布廣泛，約為2億多噸[3]。我剛對(duì)農(nóng)林廢棄物的利用率不高，一般材料焚燒或掩埋的處理方式，消耗了大量的人力物力而且造成資源的浪費(fèi)。

與其他能源相比，天然生物質(zhì)屬于可再生資源，它的優(yōu)勢(shì)在于具有再生性、清潔性。目前世界各國(guó)，特別是發(fā)達(dá)國(guó)家，積極探索天然生物質(zhì)的轉(zhuǎn)化利用，將天然生物質(zhì)資源轉(zhuǎn)化為化工原料或新型工業(yè)材料[4]，最典型的應(yīng)用是作為生物吸附劑用于處理工業(yè)廢水，可用于回收重金屬，還能用于處理有機(jī)污染物及放射性廢水，去除廢水中油污，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。

目前，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者將天然生物質(zhì)用于含油污水的處理。國(guó)外的學(xué)者發(fā)現(xiàn)一些天然生物質(zhì)材料，如棉花纖維、蠶繭[5]、羊胡子草纖維、洋蔥皮[6]、洋麻、和羊毛纖維[7]等，其中的一些天然纖維與典型的有機(jī)合成纖維相比，對(duì)石油有更好的吸附效果。國(guó)內(nèi)學(xué)者肖偉洪[8]等將天然多孔燈芯草用于柴油和機(jī)油的處理，研究發(fā)現(xiàn)燈芯草對(duì)兩種油品均有較好的吸附效果。

天然廢棄物最大的優(yōu)點(diǎn)是易于得到而且價(jià)格低廉，如果可作為吸油材料處理含油污水既經(jīng)濟(jì)又環(huán)保。既達(dá)到廢物利用的目的，又能節(jié)省處置費(fèi)用，值得推廣。

5　存在的問題

傳統(tǒng)的吸油材料具有吸油量小，吸油率低，保油性能差，油水選擇性不高等特點(diǎn)。而新型的高吸油樹脂雖然具有較高的吸油率，保油性能好且不易漏油等特點(diǎn)，但是高吸油樹脂吸油后幾乎不能進(jìn)行循環(huán)使用，無法再生利用，而且吸油后的樹脂的處理也是一個(gè)難題。今后含油廢水的新型吸附劑的研究與開發(fā)處理應(yīng)集中在以下幾個(gè)方面：

（1）以天然產(chǎn)物作為原料，用比較簡(jiǎn)單的工藝制造價(jià)格低廉的吸附劑，降低生產(chǎn)成本，同時(shí)達(dá)到以廢治廢的目的。

（2）研制吸油性能好、保油性能高、吸油速率快、油水選擇性好、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的性能優(yōu)異機(jī)械強(qiáng)度好、的吸油材料。

（3）研制可生物降解或可重復(fù)使用的吸油材料，避免吸油材料造成二次污染。

綜上所述，廉價(jià)、高效、環(huán)保的復(fù)合型含油污水吸油材料將成為未來研究的熱點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]陸晶晶,周美華.吸油材料的發(fā)展[A].東華大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）,2008,28(01):126—130.

[2]袁才生.廢棄生物質(zhì)資源綜合利用技術(shù)研究與應(yīng)用[D].南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué),2006.

[3]段新芳,葉克林,張宜生.我國(guó)林業(yè)生物質(zhì)材料產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[B].木材工業(yè),2011,07(25):22-25.

[4]劉傳富，孫潤(rùn)倉，張愛萍.廢棄物處理工業(yè)廢水的研究進(jìn)展[A].現(xiàn)代化工,2006,07(26):84-87.

[5]HiroshiMoriwaki,ShioriKitajima,MasahiroKurashima, etal.Utilizationofsilkwormcocoonwasteasasorbent fortheremovalofoilfromwater.JournalofHazardous Materials,165(2009):266-270.

[6]S.A.Sayed,A.M.Zayed.Investigationoftheeffectiveness ofsomeadsorbentmaterialsinoilspillclean-ups. Desalination194(2006):90-100.

[7]B.Wu,M.H.Zhou.Recyclingofwastetyrerubberintooil absorbent[J].WasteManagement29(2009):355—359.

[8]肖偉洪,王麗華,丁海新.天然多孔燈心草對(duì)柴油和機(jī)油的吸附實(shí)驗(yàn)研究[J].江西化工,2005(02):68-70.

作者簡(jiǎn)介：王澤甲(1987-)，女，河北廊坊人，碩士，研究方向：水污染處理。