吸油不吸水，清理海上油漬不再難

馬愛平

“這種材料吸油不吸水，與水的接觸角達到150°以上，能夠吸附自重23倍以上的原油，保油率達93%，可重復使用1000次以上。不僅可用于水上浮油的吸附，還可實現水下高密度有機污染液體的吸附。”中科院寧波材料所海洋新材料與應用技術重點實驗室最新研發的親油疏水材料和新型智能溢油應急裝置，目前已在上海儀耐新材料科技有限公司進行規模化投產，這也是國內首條日產2500平方米連續式親油疏水材料生產線。2016年國務院批準了我國第一個溢油應急計劃，以應對日益增加的海上漏油風險。到2020年，中國將擁有191座海上應急設備庫、260艘應急船舶和52個岸上應急設備庫以及能夠處置緊急情況的經過培訓的人員。對于溢油應急而言，油污處理速度和效率至關重要。為實現高效、快速的溢油應急處理，中科院寧波材料所海洋新材料與應用技術重點實驗室海洋功能材料研究團隊曾志翔、王剛等研究人員，研制了系列新型親油疏水材料，并基于這些材料開發新型智能溢油應急裝置。

傳統方法影響海洋生物生長

“近年來，隨著石油化工行業的迅速發展和石油產品的大量使用，由溢油引起的環境污染日益嚴重。美國墨西哥灣漏油事件，大連新港油罐區發生爆炸和原油泄漏事故，渤海中部的蓬萊19—3油田先后發生溢油事故，造成了巨大經濟損失和生態破壞。”中科院寧波材料所研究員曾志翔說。貨輪靠岸時壓艙水、洗艙水、機艙污水的排放也會導致大量含油廢水產生。據統計，無重大漏油事件發生時，大型港口每年僅船舶壓艙水、船舶洗艙水、機艙含油污水等的排放量就達到數萬噸。傳統的溢油應急與油污清理包括以下幾種方法：圍油欄、吸附、撇油器機械法回收、溢油分散劑、微生物等。對于小型油污泄漏事故主要采用圍油欄先控制溢油的擴散，再利用聚乙烯、聚氨酯泡沫、聚苯乙烯纖維等人工合成的材料以及鋸末、麥稈等天然吸油材料吸附，最后遺留的薄油層利用微生物處理。“這些方法存在諸多缺點：吸附材料吸油的同時也吸水，油的回收較為困難；對油污處理速度較慢，效率較低；殘留的薄油層分散到水里，形成乳化油，將嚴重影響海洋生物的生長。”曾志翔說。

新吸附材料只吸油不吸水

如何提高吸附效率，減少對環境的破壞，研制出效果更好的吸附材料，一直是科學家們關注的重點。中科院寧波材料所海洋新材料與應用技術重點實驗室薛群基院士，于2012年開始布局“選擇性吸附與透過材料及在溢油應急中的應用”研究方向。經過4年的努力，該重點實驗室海洋功能材料研究團隊研制了系列親油疏水材料，并基于這些材料開發新型智能溢油應急裝置。“這種材料通過對材料的孔徑控制、結構設計以及表面的調控，研制出系列親油疏水金屬和高分子材料，分別實現對水上原油、重油、輕油、柴油汽油、有機化學液體以及水下有機化學液體等的高效吸附與回收。”曾志翔介紹，通俗地說，這種新材料只吸油不吸水。這種材料能夠吸附自重23倍以上的原油，保油率達93%，可重復使用1000次以上。不僅可用于水上浮油的吸附，還可實現水下高密度有機污染液體的吸附。“它和傳統吸油材料相比有幾個優點：吸油不吸水、吸油倍率很高、吸油速度快、油可以擠出來重新使用。”曾志翔說。

溢油治理變得環保又簡單

現有溢油應急處理過程中，首先將傳統吸油材料投擲到海面上，再打撈上船處理油污，程序相對煩瑣。“基于親油疏水材料的溢油應急裝備，則免去了吸油材料投擲與打撈的過程。由于親油疏水材料在水面上具有極低的阻力，因此可以在海面拖行對溢油進行吸附處理，并利用真空裝置實現油污原位回收，整個過程簡單高效，開創了海洋溢油治理的新方法。”曾志翔說。研究人員采用的這種方法叫作“高分子刷”技術。這是一種化學的方法，是一種附著在基材表面的高度伸展的單分子層結構材料，而刷子的“毛”由無數幾十到幾百納米的大小分子組成。“雖然屬于化學方法，但生產過程中沒有廢水廢氣排放，不僅環保而且工藝步驟少、成本低。”

實現了低成本、大面積產業化

“超疏水材料一直是業界研究的熱點，但由于成本、性能穩定性等方面的原因，未見大規模批量生產。”曾志翔說。中科院寧波材料所這一成果的批量產品已在蘇州河進行油污處理試點。目前已與中石油海上應急救援響應中心簽署了全面戰略合作協議，并與金山石化、勝利油田等石油企業達成合作意向。曾志翔介紹，基于研制的吸油網和吸油多孔材料，海洋功能材料研究團隊正在聯合上海北斗產業園區相關企業開發5萬平方米的智能海洋溢油應急裝備系統，加快該技術的推廣，爭取為溢油處理、油水分離等需求行業做出實實在在的貢獻。

3類方法處理海上溢油

全世界每年傾注到海洋的石油量約達200萬—1000萬噸。溢油事故的頻發不僅是對能源的嚴重浪費，也對生態環境帶來了難以恢復的破壞。目前石油污染物的凈化主要有3類方法：物理方法，廉價而易得的鋸末、粉碎了的浮石粉和玉米粉等對石油污染具有一定的凈化能力，而且它本身對海洋動植物沒有什么損害作用；化學方法，利用化學清洗劑和除垢劑消除石油污染物或抑制石油泛濫，特別是在石油運輸船或鉆井平臺溢油事故初期，這是較為有效的方法。但是，上述物質對海洋生態極其有害，其副作用比石油污染泛濫的直接經濟損失要大得多；生物方法，海洋中含有大量的細菌，它們能夠利用海洋石油或其衍生物中的碳氫化合物，作為其碳和能量的主要來源。這些海洋中的細菌對石油或其衍生物質起到了凈化作用。這一現象已引起科學家們的極大關注，被譽為石油污染的凈化劑，其最大優點是既廉價又無副作用。但是在應用這一方法時，必須把石油薄膜弄碎才能大大提高凈化能力。否則這種生物凈化劑很難進入石油里面與石油顆粒充分接觸，只能對其邊緣發揮作用。