仙人掌“刺”出油水分離新技術(shù)

文/唐 鳳

8月6 日，刊登在《自然·通訊》雜志上的一篇論文指出，中國科學(xué)家研發(fā)出一種智能的新型油水分離模式，而設(shè)計靈感源于仙人掌的針刺。此項技術(shù)有望幫助處理溢油事故所造成的油污。

中科院院士、中科院化學(xué)所研究員江雷在接受筆者采訪時說：“我們之前研究發(fā)現(xiàn)，仙人掌刺在霧氣流中可以連續(xù)地集水，刺表面收集的水滴能被其表面結(jié)構(gòu)自驅(qū)動向刺的根部聚攏。我們由此想到，霧氣中的水滴和油水混合物中的油滴具有相似性，或許可以將仙人掌刺的循環(huán)模式應(yīng)用到油的收集中。”

于是，該研究小組制備了錐形的針尖，并模擬仙人掌刺的表面來構(gòu)筑微米—納米復(fù)合粗糙結(jié)構(gòu)。實驗顯示，由于材料本身的疏水親油性質(zhì)，油水混合物在流經(jīng)錐形針尖時，油滴會被吸附到針尖上，慢慢匯集成較大的油滴。針尖收集的油滴超過臨界大小時，就會自發(fā)地將油滴驅(qū)動至錐形根部儲存。一個油滴被驅(qū)動走后，露出的針尖表面又會開始下一個集油的循環(huán)，從而實現(xiàn)連續(xù)的油水分離。

據(jù)了解，人造針尖的主要原料是銅（表面修飾長鏈硫醇）和聚二甲基硅氧烷。在實驗中，研究人員也嘗試了金、聚苯胺、聚乙烯材料，同樣能達到效果。因此，他們推測絕大多數(shù)水下親油的材料均可作為針尖的原料，從而有助于該技術(shù)具備更低廉的成本、實現(xiàn)更廣泛的應(yīng)用。

江雷表示，這種“邊收集邊驅(qū)動”的分離技術(shù)能實現(xiàn)連續(xù)、高效的油水分離，分離效率可達99%以上，而且具有高通量、環(huán)境友好、耐腐蝕等特性，對新型油水分離技術(shù)的開發(fā)和發(fā)展有重要意義。“該研究也會為環(huán)境保護和石油工業(yè)提供有力的技術(shù)支持，包括原油泄漏事故處理、工業(yè)含油廢水處理、油田開采的三次采油等。”