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破局石油污染 溢油应急材料产业化前景可期

2016-05-28 09:38:03 来源: 中国科学报 作者:
摘要:石油污染成为海洋污染的主要类型之一,溢油则是石油进入海洋的主要方式。

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破局石油污染 溢油应急材料前景可期

  石油污染成为海洋污染的主要类型之一,溢油则是石油进入海洋的主要方式。溢油在海面形成油膜,阻止空气中的氧气进入海水中,造成海洋生物缺氧死亡;溢油中的轻质组分挥发,对大气造成污染;比重较大的成分如沥青等,则会沉到海底,几乎不可能清除掉。如何对溢油事故进行有效的预防和处理成为治理海洋污染的关键所在,然而这是一项很困难的工作。

  来自近日中国科学院宁波材料技术与工程研究所的公开消息称,该所已经研制出国内首条日产2500平方米连续式亲油疏水材料生产线,并在上海某新材料科技有限公司进行规模化生产。这标志着该所海洋功能材料研究团队研发的高性能亲油疏水溢油应急材料实现产业化。

  神奇的高分子刷

  随着海洋经济福彩快3APP,海洋运输、开采过程中的石油泄漏等突发事件发生频率越来越高。同时,货轮靠岸时压舱水、洗舱水、机舱污水的排放也会导致大量含油废水产生。

  传统的溢油应急清理方法主要包括围油栏、吸附材料、撇油器机械法回收、溢油分散剂、微生物等。这些方法存在诸多缺点:吸附材料吸油的同时也吸水,油的回收较为困难;对油污处理速度较慢,效率较低;残留的薄油层分散到水里,形成乳化油,严重危害海洋生物。

  为解决这些问题,实现高效、快速的溢油应急处理,中科院宁波材料所海洋功能材料研究团队曾志翔、王刚等研究人员,从2012开始从事海洋油污处理、油水分离材料与装备研究,研制了系列亲油疏水材料,并基于这些材料开发新型智能溢油应急装置。

  “通过对材料的孔径控制、结构设计及表面能调控,分别实现对水上原油、重油、轻油、柴油、汽油、有机化学液体及水下有机化学液体等的高效吸附与回收。”曾志翔介绍。

  研究人员采用的是一种叫作“高分子刷”的技术。这是一种化学的方法,是一种附着在基材表面的高度伸展的单分子层结构材料,而刷子的“毛”由无数几十到几百纳米的大小分子组成。

  “虽然是属于化学方法,但生产过程中没有废水废气排放,不仅环保而且工艺步骤少、成本低。”曾志翔他们制作吸附材料时,先通过发泡技术设计具有不同孔结构及表面活性基团的海绵材料,再放到溶液浸渍,挤压烘干后即制作完成。

  这块海绵可不是普通的海绵,它是一种高强度、可重复使用的亲油疏水三维多孔弹性高分子材料。其通过在多孔材料表面接枝具有油水响应特征的长链烷烃分子刷,利用这种长链分子刷在水中收缩及油中伸展的特性,实现超疏水和高效吸油。这种材料能够吸附自重23倍以上的原油,保油率达93%,可重复使用1000次以上,不仅可用于水上浮油的吸附,且可实现水下高密度有机污染液体的吸附。

  “它和传统吸油材料相比有几个特点:吸油不吸水、吸油倍率很高、吸油速度快、油可以挤出来重新使用。”科研人员简单地描述出其特色。目前市场上的传统吸油材料则是油和水一并吸附,吸油倍率在五倍左右。

  物美价廉的溢油“拖把”

  用户良好的反馈也给了科学家们信心。“由于材料轻且疏水,可以浮在水面,我们到溢油现场吸油,发现拖行起来阻力很小。传统方法是把吸油毡丢进去捞上来而我们则在材料里面做一些管道和泵随时提取油污,可以像拖地一样进行较大面积的区域作业”。

  据悉,预计到2016年年底,该生产线日产量将达到25000平方米,批量产品已在苏州河进行油污处理试点。目前已与中石油海上应急救援响应中心签署了全面战略合作协议,并与金山石化物流有限公司、胜利油田等石化企业达成合作意向。

  据介绍,基于研制的亲油疏水材料,该研究团队正在联合上海北斗产业园区相关企业开发5平方米的智能海洋溢油应急示范装备系统。该智能溢油应急系统能够利用北斗导航系统和无人机,通过图像处理系统检测溢油事件。当发现溢油时,系统会选择相应溢油回收装置,并自动指挥无人船及溢油回收装置前往溢油事故地点,进行海域溢油事故的处理。

  由于亲油疏水材料的超疏水特性,其在水面中拖行时具有极低的阻力,因此该系统采用两艘无人船将吸附材料高速拖行至溢油事故地点。吸附材料内置仿生吸油管道、网状结构体、管道泵等。材料吸附油渍后,通过管道泵,逐级进入提纯储油囊,利用储油囊中的过滤系统,对油进行逐级分离与提纯,最后运至储油船。吸附材料外层采用网状柔性纤维结构,防止波浪打散或损坏材料。在线监测装置对吸油后的海水进行在线检查,主要检查海域水质是否达标,如果海域水质不达标,系统将再次进行清理。

  “大规模生产后,在吸附同等重量的油污情况下,这款材料的价格会低于传统材料价格。”曾志翔预估。

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