国产“超级薄膜”,“一键”搞定海上石油泄漏

通过向大自然学习,人们发现了植物的自清洁能力,例如荷叶可以“出淤泥而不染” ,轻微震动就可以让水珠从叶面滑落,荷叶这种“不沾水”的现象叫做“超疏水”。

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  出品| 网易新闻学院

  作者| 中科院之声


  你以为这是油画?NO!这是被泄漏的原油污染的海面

  近年海上石油泄漏事故频发,引发严重的海洋环境问题。目前处理海上溢油常用的物理方法(围油栏、吸油毡等)和化学方法(溢油分散剂、凝固剂等)已经难以满足需求,急需可以高效处理海上溢油的新材料和新方法。

  受荷叶启发,中国研制出“出淤泥而不染”的超级薄膜

  通过向大自然学习,人们发现了植物的自清洁能力,例如荷叶可以“出淤泥而不染” ,轻微震动就可以让水珠从叶面滑落,荷叶这种“不沾水”的现象叫做“超疏水”。


  (拥有超疏水能力的荷叶)

  受此启发,科学家开始研究有特殊润湿性的新型材料,先后研制出超疏水(吸油憎水)材料和超亲水(吸水憎油)材料,用来处理海上溢油或油污废水,目前研究的重点和难点是如何快速设计和构建这类材料,从而高效地分离油水混合物。

  中科院宁波材料所“智能高分子材料团队”致力于解决这个问题,这个团队的研究领域是碳基复合薄膜材料及其油水分离性能,通过表面高分子改性和组装技术,团队获得了期望中的“超级薄膜”——多种油水分离和水净化材料。

  超级薄膜的黑科技,希望大家看得懂

  为获得超级薄膜,科学家需要先通过抽滤制备出碳纳米管(CNTs)薄膜,然后在其表面修饰疏水性聚苯乙烯,这样就可以结合薄膜的粗糙表面获得超疏水膜材料,从而获得能够快速分离油包水型乳液。


  这样还不够,科学家还需要用疏水性聚苯乙烯和亲水性聚甲基丙烯酸二甲胺乙酯,分别修饰在CNTs薄膜的上下表面,使其可以选择性地分离油包水型和水包油型乳液混合物,一面亲水、一面疏水的超级薄膜便诞生了!


  图1. (A)超疏水碳基薄膜;(B)亲水/疏水双面碳基薄膜及其油水分离功能。

  超级薄膜还能降解,不留下二次污染

  现有油水分离材料的主体多为不可降解或难降解的材料,特别是亲油型分离材料,易被油污污染而产生难处理的废料,对环境造成二次污染,后处理成本也较高。


  (传统薄膜处理方法往往造成二次污染)

  为了让超级薄膜不留下二次污染,研发团队以可降解的生物基高分子材料聚乳酸无纺布为原料,将二氧化硅颗粒和聚苯乙烯微球负载到纤维表面,巧妙地构建了一种超疏水的聚乳酸无纺布复合材料,不仅可以快速吸附或分离油性溶剂,而且稳定性高,多次摩擦或拉伸变形后,分离效果依然十分稳定。

  不仅可以分离污染物,超级薄膜还能杀死污染物

  油污废水中往往含有有害的有机污染物,分离后不能直接排入水体系中。为此,研发团队将超疏水CNTs膜材料和复合催化微球(聚苯乙烯/纳米金)相结合,让超级薄膜在水中呈现超疏油状态。


  (被原油泄漏伤害的海洋生物)

  因此,在高效分离油水乳液的同时,超级薄膜还可以催化分解水中有机污染物(分解效率92.6%),若负载银纳米颗粒,又可以在油水分离的同时杀死水中的细菌,这为连续性处理油污废水和水质净化提供了新的材料。


  图2. 聚乳酸无纺布的微观结构及其耐摩擦和耐拉伸性能(A)、吸油性能(B)和油水分离性能(C)。


  图3. 水下超疏油的复合催化薄膜的油水分离和催化分解功能。

  面对日益复杂的海洋环境污染问题,多功能膜分离材料逐渐受到人们的重视。智能高分子材料团队在高效油水分离和水净化等多功能膜材料方面的探索,为开发高效、环境友好型海洋油水分离材料提供了新思路。


  (海洋污染治理期待新材料和新技术)

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  编辑| 于冉帝

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