不同材料對(duì)水源水石油類物質(zhì)的吸附性能研究

鄭正雄，張肸同，魏秀麗，周曉陽(yáng)，張?zhí)礻?yáng)

（1.同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海200092；2.同濟(jì)大學(xué)污染控制與資源化研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海200092；3.亞太建設(shè)科技信息研究院，北京100120）

水是城市生存最基本的要素之一，清潔、充足、穩(wěn)定的水源是城市發(fā)展的基礎(chǔ)保障［1］。隨著城市化進(jìn)程的加速，城市對(duì)水的依賴越發(fā)明顯，水源的科學(xué)保護(hù)受到了前所未有的重視［2］。國(guó)內(nèi)外很多水源地位于航運(yùn)區(qū)域，船舶以及相配套的各種航運(yùn)設(shè)施、二手船舶交易市場(chǎng)、船舶維修保養(yǎng)、船舶碼頭和船舶建造業(yè)等的存在給水源地帶來了突發(fā)性石油污染安全隱患，威脅著城市水源地環(huán)境安全，進(jìn)而威脅城市安全供水［2-4］。世界上第一個(gè)有報(bào)道的石油泄漏事件發(fā)生在1907年，當(dāng)時(shí)托馬斯·W·勞森（Thomas W.Lawson）在無(wú)人居住的安內(nèi)特島（Annet）附近被毀，釋放了225萬(wàn)加侖的石蠟油［5］。根據(jù)國(guó)際油船船東污染聯(lián)合會(huì)（International Tanker Owners Pollution Federation）數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示［6］，從1970年到2018年期間石油泄漏事故發(fā)生次數(shù)呈直線下降趨勢(shì)，由70年代的年平均78.8次下降到21世紀(jì)的年平均6.4次，但是即使石油泄漏事故顯著減少，大型石油泄漏事故還是不可避免的偶有發(fā)生，例如2000年11月28日，1 925t尼日利亞原油泄漏進(jìn)入密西西比河，導(dǎo)致沿河兩岸35 km均受到污染［7］。根據(jù)中華人民共和國(guó)生態(tài)環(huán)境部環(huán)境統(tǒng)計(jì)公報(bào)（2015年）［8］，我國(guó)2006年到2012年，已公開報(bào)道的重大水源污染事件發(fā)生65起，2011年到2015年共發(fā)生水污染事件373起。同時(shí)石油水污染事件問題嚴(yán)重，根據(jù)文獻(xiàn)資料，在1998年至2018年期間，華東地區(qū)太浦河流域共發(fā)生水污染事件106次，其中石油類水污染事件74起，占總污染事件的69.8%［3］。

由于石油主要組成物質(zhì)是長(zhǎng)鏈脂肪烴［9］，脂肪烴為分子中只含有碳和氫兩種元素，碳原子彼此相連成鏈，碳原子間通過共價(jià)鍵連接形成鏈狀的碳架的一類化合物。而脂肪烴性質(zhì)較穩(wěn)定難于通過化學(xué)反應(yīng)去除，生物處理方法則成本高，微生物培養(yǎng)難度大［10］。因此針對(duì)突發(fā)性石油類污染，常采用的應(yīng)急處理措施是物理吸附，該方法具備環(huán)保、廉價(jià)且有良好的可回收性等優(yōu)勢(shì)［11］。常用的多孔吸附材料有聚丙烯吸油棉和攔油索［12］。

本文對(duì)比研究了8種吸油材料對(duì)石油類污染物質(zhì)的去除效能，并對(duì)比分析了不同吸油棉對(duì)石油類污染物質(zhì)的吸附和保油性能，深入研究了PP吸油棉對(duì)石油類污染的吸附動(dòng)力學(xué)特性，以及吸油棉投加量對(duì)石油類污染的去除效能影響，以便于科學(xué)指導(dǎo)應(yīng)對(duì)突發(fā)性石油類污染。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器

實(shí)驗(yàn)所需的藥品均為優(yōu)級(jí)或分析純?cè)噭?。石油類?biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（1 000 mg·L-1）購(gòu)自中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)網(wǎng)（北京普天同創(chuàng)生物科技有限公司）；實(shí)驗(yàn)所需柴油購(gòu)自附近加油站；四氯化碳和硅酸鎂購(gòu)自上海阿拉丁生化科技股份有限公司；無(wú)水硫酸鈉、硅酸鎂、氯化鈉、硫酸和鹽酸購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司（上海）。測(cè)定水中石油類物質(zhì)質(zhì)量濃度使用的儀器是華夏科創(chuàng)測(cè)油儀oil 460紅外測(cè)油儀（華夏科創(chuàng)）；超純水由Milli-Q純水機(jī)制備。

1.2 分析方法

實(shí)驗(yàn)過程中水中石油類物質(zhì)的檢測(cè)方法采用《水質(zhì)石油類的測(cè)定紅外分光光度法》（HJ 637–2018）方法，檢測(cè)儀器使用華夏科創(chuàng)oil 460紅外石油檢測(cè)儀，萃取方法為手動(dòng)萃取。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 典型吸油材料油類飽和吸附容量實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)中選取了8種吸油材料，分別是：PP（聚丙烯）吸油棉1、PP吸油棉2、PP吸油棉3、軟質(zhì)聚氨酯型泡沫塑料攔油索、頭發(fā)、棉花、絲瓜絡(luò)、蛭石。選取了3種具有代表性的油品分別為：柴油、植物油（大豆油）和潤(rùn)滑油。實(shí)驗(yàn)過程中將PP吸油棉和絲瓜棉裁剪為1 cm×1 cm的方形，其他材料選取適量（1 g左右），將準(zhǔn)備好的材料浸入裝有200 mL油的燒杯中，完全吸附tmin，取出排油10 s，稱量吸附后材料和油的總質(zhì)量計(jì)為mt，稱量原始材料質(zhì)量計(jì)為mo，該種材料的在吸附時(shí)間tmin后的吸附容量qt計(jì)算方法如下：［13］

式中：m0為吸附前干材料的質(zhì)量，g；mt為吸附時(shí)間tmin后濕材料的質(zhì)量，g；qt為吸附時(shí)間為tmin時(shí)材料的吸附容量，g·g-1；qs為飽和吸附能力，即吸附材料浸入待吸附溶液中達(dá)到最大吸附能力時(shí)的吸附容量［13］。按上述實(shí)驗(yàn)方法分別對(duì)8種材料進(jìn)行了最大吸附容量qs的實(shí)驗(yàn)探究。

1.3.2 吸油棉對(duì)油類物質(zhì)的吸附和保油性能對(duì)比實(shí)驗(yàn)

材料的保油性反映了材料在吸附油類以后對(duì)油類物質(zhì)的保留狀況，可以更好地反映干材料用于油類去除的能力，動(dòng)態(tài)保油性計(jì)算方法如下：［13］

式中：ηi為動(dòng)態(tài)持油百分比；mi為排油時(shí)間為i時(shí)排出的油的質(zhì)量，g。

將PP吸油棉1、PP吸油棉2、PP吸油棉3裁剪成直徑為3 cm的圓形，將準(zhǔn)備好的材料浸入裝有100 mL不同油品的燒杯中，測(cè)試計(jì)算PP吸油棉浸入不同油品中不同時(shí)刻的吸附容量。同時(shí)將達(dá)到飽和吸附容量的材料分別排油一定的時(shí)間，探究PP吸油棉的動(dòng)態(tài)持油能力。

1.3.3 吸油棉對(duì)不同質(zhì)量濃度柴油的吸附實(shí)驗(yàn)

在1 000 mL的燒杯中加入500 mL華東地區(qū)某水庫(kù)原水，同時(shí)加入適量柴油配制不同質(zhì)量濃度梯度的油水混合物。將PP吸油棉3裁剪成直徑為5cm的圓形，質(zhì)量約為0.855 g。攪拌設(shè)備使用六聯(lián)攪拌機(jī)，實(shí)驗(yàn)過程中轉(zhuǎn)速控制為90 r·min-1，模擬水面自由流動(dòng)速度。測(cè)定PP吸油棉3浸入不同柴油質(zhì)量濃度的油水混合物不同時(shí)間后油水混合物中柴油質(zhì)量濃度。

1.3.4 不同投加量吸油棉對(duì)柴油吸附實(shí)驗(yàn)

在1 000 mL的燒杯（口徑為10 cm）中加入500mL華東地區(qū)某水庫(kù)原水，同時(shí)加入適量柴油配制一定質(zhì)量濃度梯度的油水混合物，初始水中柴油質(zhì)量濃度q0=0.96 mg·L-1。針對(duì)不同投加量將PP吸油棉3裁剪成不同直徑的圓形。攪拌設(shè)備使用六聯(lián)攪拌機(jī)，實(shí)驗(yàn)過程中轉(zhuǎn)速控制為90 r·min-1，模擬水面自由流動(dòng)速度。測(cè)定不同投加量PP吸油棉3浸入油水混合物不同時(shí)間后油水混合物中柴油質(zhì)量濃度。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同吸油材料的對(duì)不同油類物質(zhì)的飽和吸附容量對(duì)比

實(shí)驗(yàn)選取的3種油品的物理性質(zhì)如表1所示。分別列出了3種油品的密度（20oC條件下測(cè)得）和運(yùn)動(dòng)粘度（50oC條件下測(cè)得）。油品的密度和粘度是油類的一般性質(zhì)，油品的密度可以反應(yīng)油品的質(zhì)量，以及油品的純度和組成特點(diǎn)，密度越大沸點(diǎn)越高，芳烴和膠質(zhì)含量越高；油品的粘度包括動(dòng)力黏度、運(yùn)動(dòng)黏度、恩氏黏度、賽氏黏度和雷氏黏度，黏度是油品流動(dòng)性的一種表征，它反映了液體分子在運(yùn)動(dòng)過程中相互作用的強(qiáng)弱，作用強(qiáng)，黏度大，流動(dòng)難［14］。3種油品密度相近，黏度差距較大，其中黏度最大的是潤(rùn)滑油，約是柴油的10倍，植物油的25倍。

表1 油品基本性質(zhì)Tab.1 Basic physical properties of oil products

對(duì)8種吸油材料的性質(zhì)包括材料材質(zhì)、材料篩孔（目）、材料纖維直徑（μm）、材料厚度（mm）、材料的親疏水性以及再生或處置方法進(jìn)行了歸納，如表2所示。選取的吸油棉主要有兩種類型，纖維直徑約為10μm的密實(shí)性PP吸油棉1，纖維約為24μm的普通PP吸油棉2和PP吸油棉3，吸油棉的厚度均約為10 mm，為完全疏水親油材料。實(shí)驗(yàn)所用攔油索主要內(nèi)置物為軟質(zhì)聚氨酯型泡沫塑料，攔油索直徑約為76 mm，長(zhǎng)度約為1.2 m，為疏水親油性材料。頭發(fā)為研究者自己頭發(fā)，直徑約為40～70μm，為親水性物質(zhì)。實(shí)驗(yàn)選取的棉花纖維直徑約為20μm，為親水性材料。選用的蛭石礦物材料，粒徑大小約為80～120目。實(shí)驗(yàn)所用絲瓜棉材料其植物纖維直徑約為250～290μm，試驗(yàn)中只使用絲瓜棉外層，其厚度為10～20 mm。

表2 吸油材料基本性質(zhì)Tab.2 Basic properties of oil absorption materials

將備用材料選取適量浸入超純水中浸泡24 h，然后用超純水洗滌3遍，放入真空烘箱中70oC烘至質(zhì)量不再發(fā)生改變，將烘干材料密封保存?zhèn)溆谩?/p>

分別對(duì)8種材料進(jìn)行了最大吸附容量qs的實(shí)驗(yàn)探究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示（圖中橫坐標(biāo)1～8分別對(duì)應(yīng)表2中序號(hào)1～8吸附材料）。從圖中可以明顯看出來8種吸附材料對(duì)大豆油的飽和吸附容量最大，對(duì)柴油的飽和吸附容量最小，由表1可知植物油密度最大黏性最小，流動(dòng)性最強(qiáng)，當(dāng)植物油與吸附材料固體表面接觸的時(shí)候能較易沿孔道擴(kuò)散進(jìn)入材料內(nèi)部微孔中。在這8種材料中植物纖維棉花飽和吸附容量最大，約是自身重量的20～30倍，其一棉花的纖維直徑遠(yuǎn)小于其他吸附材料，所形成的微孔材料比表面積遠(yuǎn)大于其他材料；其二棉花材質(zhì)較輕，同等條件下，單位質(zhì)量表面積遠(yuǎn)大于其他材料［17］。3種PP吸油棉飽和吸附容量范圍在10～15 g·g-1之間，相比較而言PP吸油棉1吸附性能略優(yōu)于PP吸油棉2和PP吸油棉3，原因是PP吸油棉1孔隙率更高，比表面積更大。PP吸油棉2和PP吸油棉3飽和吸附容量差別不大，PP吸油棉3略好于PP吸油棉2。蛭石材料作為礦物材料雖然密度低能漂浮與水面，且飽和吸附容量為自身質(zhì)量的5～10倍，但是該材料為細(xì)小顆粒狀，使用后回收較麻煩，一般不用于水廠和海洋油類石油的吸附去除。

圖1 不同吸油材料對(duì)柴油、大豆油和潤(rùn)滑油的飽和吸附容量Fig.1 Saturated adsorption capacity of different ad?sorbent materials for diesel,soybean oil and lubricant

2.2 不同吸油棉對(duì)不同油類物質(zhì)的吸附和保油性能對(duì)比

為了更深一步了解水廠常用PP吸油棉的吸油狀況，對(duì)3種PP吸油棉進(jìn)行了吸附動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)和材料保油性能實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2和圖3所示。

從圖2中可以看出，3種吸油材料對(duì)于柴油類物質(zhì)的吸附在2–5 min達(dá)到最大吸附容量，對(duì)于潤(rùn)滑油類黏度比較大的油品約在5–10 mim達(dá)到最大吸附容量，對(duì)于植物油這種密度比較大的油品約在20 min達(dá)到最大吸附容量，原因是油品的密度是影響PP吸油棉類吸附材料的主要因素。同時(shí)從圖2中還可以看出，同種吸附材料對(duì)不同油品的吸附優(yōu)越性不同，PP吸油棉1對(duì)潤(rùn)滑油類的吸附要優(yōu)于柴油，PP吸油棉2對(duì)于3種油類的吸附狀況相差不大，PP吸油棉3對(duì)于大豆油的吸附比較有優(yōu)勢(shì)。原因是PP吸油棉3的纖維直徑較PP吸油棉2吸油棉更不均勻，造成孔徑形式多樣，對(duì)密度較大的油品也有比較好的吸附能力。同一種油品對(duì)于不同吸油材料吸附狀況也略有不同，對(duì)于柴油3種吸附材料吸附狀況相差不大，證明對(duì)于這3種PP吸油棉來說材料的孔徑不是影響吸附狀況的主要因素，而油品的性質(zhì)是主要影響因素。對(duì)于潤(rùn)滑油類黏度較大的油品來說，存在較明顯吸附容量先增大后減小的狀況。原因其一是潤(rùn)滑油黏度較大，流動(dòng)性較慢，隨著材料浸入潤(rùn)滑油類的時(shí)間的增長(zhǎng)吸附材料逐漸達(dá)到飽和吸附量，同時(shí)由于流動(dòng)性較差多余的吸附量沒有完全排除，達(dá)到吸附平衡的時(shí)間較長(zhǎng)，所以很明顯能夠看到吸附容量先增大后漸小的現(xiàn)象。其二是隨著浸泡時(shí)間的增長(zhǎng)材料本身存在溶脹性，使得材料纖維直徑表粗，孔徑變小，吸附容量變?。?4］。

圖2 不同吸油材料對(duì)不同油品的吸附動(dòng)力學(xué)Fig.2 Adsorption kinetics of different oil-absorbing materials

同時(shí)本文也對(duì)不同材料對(duì)于不同油品的保油性能進(jìn)行了討論。由于油品性質(zhì)和材料孔徑差異較大，PP吸油棉吸附材料對(duì)不同油品的持油性相差較大，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，3種吸油材料排油時(shí)間在2–5 min左右?guī)缀醵寄苓_(dá)到排油平衡，對(duì)于PP吸油棉1和PP吸油棉2排油時(shí)間30 min后保油率依然能達(dá)到70%以上，PP吸油棉3對(duì)潤(rùn)滑油的持油率略差為60%左右。3種吸油棉中PP吸油棉1的保油性最好，PP吸油棉3的持油性最差，原因是PP吸油棉1纖維直徑最小約是PP吸油棉2和PP吸油棉3的0.5倍，形成的比表面積較大，油類與吸附材料表面接觸時(shí)形成的液層更薄更能穩(wěn)定存在。同時(shí)3種材料整體來看對(duì)潤(rùn)滑油的保油最差大豆油最好，這是因?yàn)闈?rùn)滑油黏性較大流動(dòng)較慢，在以吸附完成排油時(shí)間為10 s為排油開始點(diǎn)進(jìn)行持油性計(jì)算時(shí)，潤(rùn)滑油由于流動(dòng)速度慢，造成起始點(diǎn)過高。大豆油持油性較好是因?yàn)槊芏容^大，較容易粘附在吸附材料表面，形成穩(wěn)定平衡；同時(shí)大豆油密度較大排油10 s幾乎能很好排掉多余的油類。

圖3 不同吸油材料對(duì)不同油品的保油率Fig.3 Oil retention rate of different oil absorption materials

2.3 吸油棉對(duì)柴油的吸附動(dòng)力學(xué)特性

水廠中的PP吸油棉多用來處理油水混合物中的石油類污染，并不存在完全純相油類物質(zhì)的情況。同時(shí)突發(fā)性石油污染多是船舶漏油造成，油品主要以柴油類為主，因此研究了在以柴油污染為主要污染物的油水混合中PP吸油棉的吸附狀況。選取的吸油棉為PP吸油棉3。

固體吸附材料對(duì)于液體溶質(zhì)的吸附動(dòng)力學(xué)及其動(dòng)力學(xué)模型主要有擬一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型和擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型。擬一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算公式如式（3）所示，擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)計(jì)算公式如式（4）所示

式中：qe為該實(shí)驗(yàn)條件下的最大吸附容量，g·g-1；qt為該實(shí)驗(yàn)條件下吸附時(shí)間為t時(shí)材料的吸附容量，g·g-1；k1為擬一級(jí)動(dòng)力學(xué)常數(shù)；k2為擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)常數(shù)。

PP吸油棉3對(duì)于不同底物質(zhì)量濃度的油水混合物柴油污染的吸附動(dòng)力學(xué)、擬一級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)模型、擬二級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)模型及去除率如圖4所示。所使用紅外測(cè)油儀對(duì)于水中石油類物質(zhì)的最大檢測(cè)質(zhì)量濃度為80 mg·L-1，由于《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的飲用水源水中石油類總含量不能超過0.05 mg·L-1，實(shí)驗(yàn)中配制石油類物質(zhì)質(zhì)量濃度為規(guī)定的100倍、200倍和300倍。同時(shí)由于油類和水為兩不相溶物質(zhì)，很難準(zhǔn)確配到要求質(zhì)量濃度溶液，因此配得的溶液實(shí)測(cè)質(zhì)量濃度為4.85、8.56和14.74 mg·L-1。從圖4a可以看出，吸油棉對(duì)油水混合物中柴油的吸附主要集中在前10 min，10 min后溶液中柴油類物質(zhì)的質(zhì)量濃度變化不是很大。同時(shí)原始底物質(zhì)量濃度越高，達(dá)到吸附飽和后，溶液中柴油類物質(zhì)的質(zhì)量濃度越高，當(dāng)?shù)孜镔|(zhì)量濃度大于10 mg·L-1時(shí)，吸附后水中柴油質(zhì)量濃度大于3 mg·L-1，是規(guī)范要求水源水體三類水體的60倍；當(dāng)?shù)孜镔|(zhì)量濃度低于10 mg·L-1時(shí)，吸附后水中石油類物質(zhì)質(zhì)量濃度為1 mg·L-1左右，是規(guī)范要求水源水體三類水體的20倍左右。

圖4 PP吸油棉3對(duì)水中不同質(zhì)量濃度柴油類物質(zhì)吸附狀況Fig.4 Absorption of oil-absorbing cotton 3 and diesel substances in water by oil-absorbing cotton

擬一級(jí)和擬二級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)如表3所示。從表3中可以看出當(dāng)水中石油類物質(zhì)低于5 mg·L-1時(shí)，擬合得到的平方差R2小于99%，因此符合擬一級(jí)和擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型［18］。對(duì)于石油類質(zhì)量濃度大于5 mg·L-1的溶液，擬一級(jí)得到的R2要大于擬二級(jí)得到的R2，證明該吸附更符合擬一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型。由此前的研究可知，擬一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型是基于假定吸附受擴(kuò)散步驟影響［19］。擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型是基于假設(shè)吸附速率由吸附劑表面未被占有的吸附空位數(shù)目的平方值決定。吸附過程中受化學(xué)機(jī)理的控制，主要涉及到吸附劑與吸附質(zhì)之間的共用電子和電子轉(zhuǎn)移［20］。所以PP吸油棉對(duì)石油類物質(zhì)的吸附主要控制因素為石油類物質(zhì)的擴(kuò)散性質(zhì)。油水混合物中石油類物質(zhì)質(zhì)量濃度越高吸附速率越快，也是由于質(zhì)量濃度越高油類物質(zhì)在水面擴(kuò)散速度越快，造成吸附速率越大。同時(shí)可以明顯看出隨著底物質(zhì)量濃度的增大，最大吸附容量逐漸增大，這是因?yàn)镻P吸油棉3可承受的飽和吸附容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于溶液的石油類物質(zhì)含量。從圖4d圖可以看出，10 min左右PP吸油棉3對(duì)水中的石油類物質(zhì)的去除率能達(dá)到60%，120 min能達(dá)到80%左右。由此我們可以將吸油棉用于突發(fā)性石油污染時(shí)，在10 min內(nèi)快速除掉水源表面浮油和微量船舶泄漏時(shí)造成的小面積石油污染的去除。吸油棉處理過的水仍然達(dá)不到規(guī)范水質(zhì)要求，仍需要進(jìn)行后續(xù)進(jìn)一步的水質(zhì)處理。

表3 擬一級(jí)和擬二級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)Tab.3 Parameters of pseudo-primary and pseudo-secondary adsorption kinetics model

2.4 吸油棉投加量對(duì)柴油吸附性能的影響

選取的PP吸油棉為PP吸油棉3，不同PP吸油棉投加量對(duì)水中柴油類物質(zhì)吸附狀況如圖5所示。針對(duì)不同投加量將PP吸油棉3裁剪成直徑為3、5、8和10 cm的圓形，PP吸油棉3對(duì)油水混合物的面積覆蓋率分別為9%、25%、64%和100%。

圖5 不同PP吸油棉投加量對(duì)水中柴油類物質(zhì)吸附狀況Fig.5 Adsorption of diesel substances in water by different amounts of PP oil-absorbing cotton

從圖5中可以看出，吸油棉對(duì)油水混合物的面積覆蓋率越高吸附速率越快，直徑為8 cm和10 cm的吸油棉主要作用時(shí)間為前5 min，直徑為3 cm和5 cm的吸油棉主要作用時(shí)間為前15 min。主要原因是，直徑更大的吸油棉比直徑更小的吸油棉與溶液接觸面積要大，而該吸附反應(yīng)為物理擴(kuò)散吸附，接觸面積大更有利于擴(kuò)散，因此吸附速度更快。從圖5b中可以明顯發(fā)現(xiàn)，當(dāng)PP吸油棉3面積覆蓋率達(dá)到64%以上、吸附時(shí)間超過15min時(shí)，油水混合物中柴油的去除率為70%以上，此時(shí)剩余石油質(zhì)量濃度小于0.288 mg·L-1，滿足《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》要求的小于0.3 mg·L-1。因此在實(shí)際生產(chǎn)中，如果為了達(dá)到快速除油的效果，可以增大吸油棉與含油水的接觸面積。

3 結(jié)論

（1）實(shí)驗(yàn)探究的8種吸附材料中對(duì)石油類吸附能力最好的是棉花，最大吸附容量可達(dá)20～30 g·g-1，但棉花為親水材料，限制了其工程中的使用。8種吸附材料大多對(duì)大豆油的飽和吸附容量最大，對(duì)柴油的飽和吸附容量最小，各種吸油材料對(duì)油類的吸附和油品的基本性質(zhì)密度和粘度密切相關(guān)，同時(shí)材料的單位質(zhì)量表面積也是影響材料吸附容量的關(guān)鍵因素。

（2）3種PP吸油棉對(duì)柴油的吸附能力相似，最大吸附容量為10～15 g·g-1，其中對(duì)潤(rùn)滑油吸附效果最好的是PP吸油棉1，對(duì)大豆油吸附效果最好的是PP吸油棉3。3種PP吸油棉的保油性能中最好的是PP吸油棉1，30 min后依然可以維持80%以上的保油率，保油率相對(duì)較差的是PP吸油棉3，30 min后保油率為70%左右。

（3）PP吸油棉3對(duì)于含油水中石油的吸附符合擬一級(jí)動(dòng)力學(xué)吸附，主要影響吸附速率的因素是油類在吸油材料中的擴(kuò)散速度；影響吸附速率的另一關(guān)鍵影響因素是吸油棉與含油水的接觸面積，工程使用時(shí)盡量覆蓋更大的面積；吸油狀況為：對(duì)水中石油類物質(zhì)的吸附主要集中于前15 min，當(dāng)PP吸油棉3面積覆蓋率達(dá)到64%以上，前15 min能夠去除水中70%以上的油類物質(zhì)。因此面對(duì)突發(fā)性石油污染時(shí)，盡量用PP吸油棉覆蓋污染區(qū)，15 min快速吸附表面浮油，然后進(jìn)行后續(xù)殘油處理。

作者貢獻(xiàn)說明：

鄭正雄：實(shí)驗(yàn)開展與論文撰寫；

張肸同：樣品測(cè)定；

魏秀麗：數(shù)據(jù)處理；

周曉陽(yáng)：論文修訂；

張?zhí)礻?yáng)：方案制定與論文指導(dǎo)。