吸油不吸水，清理海上油漬不再難

馬愛平

“這種材料吸油不吸水，與水的接觸角達(dá)到150°以上，能夠吸附自重23倍以上的原油，保油率達(dá)93%，可重復(fù)使用1000次以上。不僅可用于水上浮油的吸附，還可實(shí)現(xiàn)水下高密度有機(jī)污染液體的吸附?！敝锌圃簩幉ú牧纤Ｑ笮虏牧吓c應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室最新研發(fā)的親油疏水材料和新型智能溢油應(yīng)急裝置，目前已在上海儀耐新材料科技有限公司進(jìn)行規(guī)模化投產(chǎn)，這也是國(guó)內(nèi)首條日產(chǎn)2500平方米連續(xù)式親油疏水材料生產(chǎn)線。2016年國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)了我國(guó)第一個(gè)溢油應(yīng)急計(jì)劃，以應(yīng)對(duì)日益增加的海上漏油風(fēng)險(xiǎn)。到2020年，中國(guó)將擁有191座海上應(yīng)急設(shè)備庫、260艘應(yīng)急船舶和52個(gè)岸上應(yīng)急設(shè)備庫以及能夠處置緊急情況的經(jīng)過培訓(xùn)的人員。對(duì)于溢油應(yīng)急而言，油污處理速度和效率至關(guān)重要。為實(shí)現(xiàn)高效、快速的溢油應(yīng)急處理，中科院寧波材料所海洋新材料與應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室海洋功能材料研究團(tuán)隊(duì)曾志翔、王剛等研究人員，研制了系列新型親油疏水材料，并基于這些材料開發(fā)新型智能溢油應(yīng)急裝置。

傳統(tǒng)方法影響海洋生物生長(zhǎng)

“近年來，隨著石油化工行業(yè)的迅速發(fā)展和石油產(chǎn)品的大量使用，由溢油引起的環(huán)境污染日益嚴(yán)重。美國(guó)墨西哥灣漏油事件，大連新港油罐區(qū)發(fā)生爆炸和原油泄漏事故，渤海中部的蓬萊19—3油田先后發(fā)生溢油事故，造成了巨大經(jīng)濟(jì)損失和生態(tài)破壞?！敝锌圃簩幉ú牧纤芯繂T曾志翔說。貨輪靠岸時(shí)壓艙水、洗艙水、機(jī)艙污水的排放也會(huì)導(dǎo)致大量含油廢水產(chǎn)生。據(jù)統(tǒng)計(jì)，無重大漏油事件發(fā)生時(shí)，大型港口每年僅船舶壓艙水、船舶洗艙水、機(jī)艙含油污水等的排放量就達(dá)到數(shù)萬噸。傳統(tǒng)的溢油應(yīng)急與油污清理包括以下幾種方法：圍油欄、吸附、撇油器機(jī)械法回收、溢油分散劑、微生物等。對(duì)于小型油污泄漏事故主要采用圍油欄先控制溢油的擴(kuò)散，再利用聚乙烯、聚氨酯泡沫、聚苯乙烯纖維等人工合成的材料以及鋸末、麥稈等天然吸油材料吸附，最后遺留的薄油層利用微生物處理?！斑@些方法存在諸多缺點(diǎn)：吸附材料吸油的同時(shí)也吸水，油的回收較為困難；對(duì)油污處理速度較慢，效率較低；殘留的薄油層分散到水里，形成乳化油，將嚴(yán)重影響海洋生物的生長(zhǎng)?！痹鞠枵f。

新吸附材料只吸油不吸水

如何提高吸附效率，減少對(duì)環(huán)境的破壞，研制出效果更好的吸附材料，一直是科學(xué)家們關(guān)注的重點(diǎn)。中科院寧波材料所海洋新材料與應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室薛群基院士，于2012年開始布局“選擇性吸附與透過材料及在溢油應(yīng)急中的應(yīng)用”研究方向。經(jīng)過4年的努力，該重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室海洋功能材料研究團(tuán)隊(duì)研制了系列親油疏水材料，并基于這些材料開發(fā)新型智能溢油應(yīng)急裝置?！斑@種材料通過對(duì)材料的孔徑控制、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及表面的調(diào)控，研制出系列親油疏水金屬和高分子材料，分別實(shí)現(xiàn)對(duì)水上原油、重油、輕油、柴油汽油、有機(jī)化學(xué)液體以及水下有機(jī)化學(xué)液體等的高效吸附與回收?！痹鞠杞榻B，通俗地說，這種新材料只吸油不吸水。這種材料能夠吸附自重23倍以上的原油，保油率達(dá)93%，可重復(fù)使用1000次以上。不僅可用于水上浮油的吸附，還可實(shí)現(xiàn)水下高密度有機(jī)污染液體的吸附。“它和傳統(tǒng)吸油材料相比有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：吸油不吸水、吸油倍率很高、吸油速度快、油可以擠出來重新使用?！痹鞠枵f。

溢油治理變得環(huán)保又簡(jiǎn)單

現(xiàn)有溢油應(yīng)急處理過程中，首先將傳統(tǒng)吸油材料投擲到海面上，再打撈上船處理油污，程序相對(duì)煩瑣?！盎谟H油疏水材料的溢油應(yīng)急裝備，則免去了吸油材料投擲與打撈的過程。由于親油疏水材料在水面上具有極低的阻力，因此可以在海面拖行對(duì)溢油進(jìn)行吸附處理，并利用真空裝置實(shí)現(xiàn)油污原位回收，整個(gè)過程簡(jiǎn)單高效，開創(chuàng)了海洋溢油治理的新方法?！痹鞠枵f。研究人員采用的這種方法叫作“高分子刷”技術(shù)。這是一種化學(xué)的方法，是一種附著在基材表面的高度伸展的單分子層結(jié)構(gòu)材料，而刷子的“毛”由無數(shù)幾十到幾百納米的大小分子組成?！半m然屬于化學(xué)方法，但生產(chǎn)過程中沒有廢水廢氣排放，不僅環(huán)保而且工藝步驟少、成本低。”

實(shí)現(xiàn)了低成本、大面積產(chǎn)業(yè)化

“超疏水材料一直是業(yè)界研究的熱點(diǎn)，但由于成本、性能穩(wěn)定性等方面的原因，未見大規(guī)模批量生產(chǎn)。”曾志翔說。中科院寧波材料所這一成果的批量產(chǎn)品已在蘇州河進(jìn)行油污處理試點(diǎn)。目前已與中石油海上應(yīng)急救援響應(yīng)中心簽署了全面戰(zhàn)略合作協(xié)議，并與金山石化、勝利油田等石油企業(yè)達(dá)成合作意向。曾志翔介紹，基于研制的吸油網(wǎng)和吸油多孔材料，海洋功能材料研究團(tuán)隊(duì)正在聯(lián)合上海北斗產(chǎn)業(yè)園區(qū)相關(guān)企業(yè)開發(fā)5萬平方米的智能海洋溢油應(yīng)急裝備系統(tǒng)，加快該技術(shù)的推廣，爭(zhēng)取為溢油處理、油水分離等需求行業(yè)做出實(shí)實(shí)在在的貢獻(xiàn)。

3類方法處理海上溢油

全世界每年傾注到海洋的石油量約達(dá)200萬—1000萬噸。溢油事故的頻發(fā)不僅是對(duì)能源的嚴(yán)重浪費(fèi)，也對(duì)生態(tài)環(huán)境帶來了難以恢復(fù)的破壞。目前石油污染物的凈化主要有3類方法：物理方法，廉價(jià)而易得的鋸末、粉碎了的浮石粉和玉米粉等對(duì)石油污染具有一定的凈化能力，而且它本身對(duì)海洋動(dòng)植物沒有什么損害作用；化學(xué)方法，利用化學(xué)清洗劑和除垢劑消除石油污染物或抑制石油泛濫，特別是在石油運(yùn)輸船或鉆井平臺(tái)溢油事故初期，這是較為有效的方法。但是，上述物質(zhì)對(duì)海洋生態(tài)極其有害，其副作用比石油污染泛濫的直接經(jīng)濟(jì)損失要大得多；生物方法，海洋中含有大量的細(xì)菌，它們能夠利用海洋石油或其衍生物中的碳?xì)浠衔?，作為其碳和能量的主要來源。這些海洋中的細(xì)菌對(duì)石油或其衍生物質(zhì)起到了凈化作用。這一現(xiàn)象已引起科學(xué)家們的極大關(guān)注，被譽(yù)為石油污染的凈化劑，其最大優(yōu)點(diǎn)是既廉價(jià)又無副作用。但是在應(yīng)用這一方法時(shí)，必須把石油薄膜弄碎才能大大提高凈化能力。否則這種生物凈化劑很難進(jìn)入石油里面與石油顆粒充分接觸，只能對(duì)其邊緣發(fā)揮作用。