魔法吸油泡沫管

石油——人类文明社会的血液,展示了人类是如何利用自身的智慧和才能在大自然中脱颖而出。

各色各样的“油”推动了社会的发展,丰富了人们生活的方法。然而,近年来,因海上漏油、工业废油和生活用油等产生的含油废水也严重破坏生态环境、危害人类健康,成为人类生存发展的新挑战。故而,研究高效油水分离材料和技术具有重要的科学意义和应用价值。

  

图片来自网络

目前,传统油污染的治理仍以围油栏、浮选法、燃烧法和膜分离法等为主,但是上述方法都存在着一定的不足,比如能耗高、用时长、成本高、步骤复杂、添加有害溶剂和易造成二次污染等。

因此现有油污处理手段难以满足需求,急需开发高效处理油污染问题的新材料和新方法。

近日,中科院宁波材料所高分子事业部郑文革研究员团队成功制备出一种可以快速从油水混合物中分离出水的魔法泡沫管,其制备过程绿色环保、无需任何化学试剂或填料,成本低、可大批量生产(每秒可制备超过0.5米)。

吸油效果演示 1

这种超强吸油泡沫采用的是亲油疏水的聚丙烯材料,根据“同性相吸,异性相斥”的原理,不含极性基团的聚丙烯,会疏远(极性的)水,而更亲近油。

道理我们都懂,可是,光是亲油疏水的材料要实现快速油水分离效果还是远远不够啊!

 

于是研究人员黄童鞋向大自然这位“智者”求助。“智者”派出三位弟子(“荷叶”、“蜂”、“秸秆”)进行多方位指导。

“荷叶”说:“莲出淤泥而不染,是因为表面有粗糙的微观形貌以及疏水的表皮蜡,俗称超疏水结构,所以为了提高材料的疏水性能你们可以试试提高表面的粗糙度”。

“蜂”说:“蜂巢联联,起阿房矣。我们蜂巢采用是正六边形结构,因此密合度最高、所需材料最简、可使用空间最大,故而能容纳更大数目的蜂蜜。所以为了提高材料的吸油量你们可以在材料内部构筑正六边形结构啊,不过得用开孔结构不然油进不去,还得加上密封结构防止油流出来。”

 “秸秆”说:“豆秸吹火旋烘衣。我们的中空结构没事可以拿来吹吹火、吸吸水、运运货啊。根据泊肃叶定律内径大的管道通量大,吸阻小、速度快就是我们最大的特点,所以想要快速运东西把材料做空就对了。”

   

听完自然界“大师们”的指导之后,黄童鞋茅塞顿开,设计了一种新型的仿生中空梯度结构。

 

图1 结构设计图

有了设计图和前期调研,研究人员便提出采用超临界二氧化碳挤出发泡工艺制备上述仿生中空梯度结构,并通过理论推导其可行性和构建了相应的模型。

 

图2 挤出工艺图

相比于其他材料,这种仿生中空结构在不需任何化学试剂和填料的情况下,便可以赋予材料超高的通量、高效的分离效率等优势,大大减低了材料的成本,并且易于大批量生产。此外,在实际应用中该魔法吸油泡沫管吸满油以后,还可以通过挤压进行回收利用。

 

图3 吸油效果图

 

吸油效果演示 2

希望这项新技术和新材料在不断改进和优化后能早日服务人类,减轻油污染对人类健康和生态环境的伤害。

来源:中国科学院宁波材料技术与工程研究所

温馨提示:近期,微信公众号信息流改版。每个用户可以设置 常读订阅号,这些订阅号将以大卡片的形式展示。因此,如果不想错过“中科院之声”的文章,你一定要进行以下操作:进入“中科院之声”公众号 → 点击右上角的 ··· 菜单 → 选择「设为星标」