纖維聚丙烯材料的制備及其對石油產品吸附性能的研究

徐險峰

(中國石油遼陽石化分公司烯烴廠，遼寧 遼陽 111003)

引 言

保護環境，消除工業運營對環境的不利影響已經成為我國可持續發展的重要戰略目標，在這方面，最重要的問題之一就是解決工廠排放和油輪事故造成的石油對水資源的污染。目前使用最廣泛的石油產品主要是燃料油，汽油，煤油和各種油類及其雜質，它們泄漏后會在水面上形成由不同大小液滴組成的浮動層，以乳化形式滲入水體，從而污染水體底部，從而急劇減少浮游植物的光合作用效率。從水面去除這種污染物的最有效方法是吸附，目前很多多孔材料，粒狀或粉狀材料都可以用作吸附劑：灰分，焦粉，泥炭，硅膠，鋁土，活性粘土，活性炭，硅藻土和浮石等。這些吸附劑具有很大的比表面積，使其具有良好的吸附性能，然而，他們的缺點體積密度比較低，在大面積的水域使用需要大量的運輸設備，比較困難。另外，因為輕質吸附劑比較容易由氣流帶走，在有風的天氣使用也有一定的問題，限制了實際應用。在美國，日本和歐洲等發達國家，一種纖維聚丙烯合成吸附劑逐漸受到關注，這種材料具有特殊的表面結構，對于去除浮在水面上的污染物具有很高的效率，是顆粒狀吸著劑的幾十倍甚至幾百倍，并且綠色環保，具有很好的可再生能力，所以對這方面的研究具有重要意義[1-2]。

這種材料易于加工，可以做成布袋，項圈和繩子，針對不同區域水處理使用。從水面吸附石油污染物主要分三個階段，首先封閉污染區域，將油集中在便于收集的較小區域內。隨后使用由材料制成的布料或袋子來清潔水，最后從它們中擠壓出油，將在該過程中回收的油用作二次燃料繼續使用。在本研究中，我們通過空氣動力成形(FMAF)方法制備出纖維聚丙烯材料，研究了使用纖維材料對石油產品的吸附性能，為新材料的開發提供了一定的實驗基礎和理論經驗。

1 實驗部分

1.1 樣品制備和基本物理結構測試

實驗以商業聚丙烯和纖維為原料制備了一系列的纖維聚丙烯復合材料，對其基礎物理性能進行了一系列表征，研究了使用纖維材料對石油產品的吸附性能以及各種物理參數對吸附性能的影響。通過改變現代化UPNM、VNF和LAS裝置的參數(溫度、壓縮空氣速度、反應時間)，我們可以通過低黏度聚丙烯原料(熔體流動指數25 g/10 min～27 g/10 min)獲得具有不同結構的纖維聚丙烯材料。為了確定材料的結構特性對其吸附性的影響，我們準備了各種纖維直徑不同和棉卷厚度不同的樣品來測試，平均纖維直徑通過MBI-15顯微鏡測試，測試標準按照GOST 8074-82，搭接厚度使用千分尺獲得，測試標準按照GOST 4380-86，孔徑由Bechold法確定。

1.2 石油吸附性質測試

石油是一種高黏度碳氫化合物的復雜混合物，在研究中，我們使用莫斯科石油公司的原油作為污染物，全面研究空氣動力學方法實驗參數對合成材料對石油產品的吸附性能影響。此種原油包含以下成分：0.1%水;2.8%鹽;1.61%硫;2.8%機械雜質，原油的體積密度為0.9 g/cm2;汽油等級為A-80級(TU 38.001165-97，符合GOST R51313-99);機油等級為M-8V(GOST 10541-78)。

將不同條件下FMAF法制備的樣品在室溫20 ℃～22 ℃下浸漬到5 cm×5 cm的容器中(容器中存放固定質量(m1)的污染物)，容器中污染物的體積大于試樣的體積，大量的實驗表明，無論樣品結構如何， 1小時是樣品吸附所需的最長時間，我們稱為平衡吸附時間，并且在后續比較測試中，每個樣品固定吸附1小時，吸附達到飽和后我們將樣品從容器中取出并對污染物稱重，靜態吸附率(SSP)由方程(1)確定，其中m1是試樣的質量(g)，m2是吸收污染物的試樣質量(g)。

SSP= (m2-m1)/m1

(1)

2 結果討論

具有代表性的樣品的結構測試結果被總結到表1中。

表1 纖維聚丙烯材料的結構參數

表2顯示了上述樣品的石油，M-8V機油和A-80汽油的吸附參數，為了保證實驗結果的準確性，同一個樣品進行了三組平行實驗，從表2中我們可以看出，未經壓力處理的聚丙烯樣品的吸附性能范圍為10 g/g～19 g/g石油材料，7 g/g～14 g/g機油材料， 1.5 g/g～11 g/g汽油材料，好于傳統吸附劑材料(在4 g/g～8 g/g石油材料范圍內)。具有最高吸附性能的是纖維直徑df=3.3 μm的樣品，表面密度為38 g/m2，孔徑為52/47 μm。這是因為這種材料中的纖維具有最大的比表面積和最小的孔隙，從結構上保證了它的吸附性能，所以吸附性能主要由吸附劑內部孔結構決定，另外對樣品進行壓力處理會明顯地壓實了纖維并降低了其吸附性能(達到2 g/g石油材料)，不利于吸附。

表2 纖維聚丙烯材料對石油的吸附性能

3 結語

本研究以聚丙烯和纖維為原料通過空氣動力學方法(FMAF)制備得一系列纖維聚丙烯復合材料，我們通過對纖維聚丙烯材料基本物理結構的表征和其對石油的吸附性能的研究發現，纖維聚丙烯復合材料本身的孔道結構是決定材料吸附性能的關鍵因素，通過大量的實驗我們探索出了具有最高吸附性能復合材料的制備條件，為石油吸附材料的利用提供了一定的實驗基礎。