寧波材料所在海洋超疏水超親油油水分離材料與應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)方面取得進(jìn)展
海洋資源開(kāi)采與運(yùn)輸日趨頻繁，由此帶來(lái)的海洋事故與海洋污染也越來(lái)越嚴(yán)重，如海洋溢油事件，給環(huán)境和經(jīng)濟(jì)帶來(lái)巨大的損失。日趨頻繁的海洋運(yùn)輸、油氣開(kāi)采活動(dòng)，也使得海洋石油泄漏等突發(fā)事件發(fā)生頻率越來(lái)越高。近些年，石油泄漏事件給海洋生態(tài)帶來(lái)的巨大的危害。“?？松ね郀柕掀澨?hào)”油輪泄漏、美國(guó)墨西哥灣原油泄漏等事故，導(dǎo)致的損失高達(dá)數(shù)百億美元；大連新港油罐區(qū)原油泄漏、蓬萊油田溢油事故對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染損害，損失達(dá)數(shù)十億人民幣。
海洋超浸潤(rùn)油水分離材料設(shè)計(jì)技術(shù)
溢油事件發(fā)生后，對(duì)溢油的快速處置是降低災(zāi)害的重要途徑；而利用吸附材料對(duì)溢油進(jìn)行吸附、回收與再利用，是溢油處置的有效方法。由于溢油容易擴(kuò)散、揮發(fā)，且在海浪作用下容易乳化，因此，用于溢油處置的吸附材料必須具備吸油速率快、吸油率高、吸水率低、對(duì)薄油層吸附能力強(qiáng)等特征。
近年來(lái)興起的仿生技術(shù)為溢油處置吸附材料的發(fā)展提供了新思路。自然界中如鴨子、鵝等的羽毛遇水而不粘水但很容易粘油，因?yàn)檫@些動(dòng)物羽毛表面具有微結(jié)構(gòu)及低表面能分子膜?；诖耍ㄟ^(guò)表面微納結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和低表面處理，可有效提高吸油材料吸油、憎水性，同時(shí)由于表面微納結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的毛細(xì)作用力，使得其對(duì)薄油層的吸附能力大大增強(qiáng)。
然而，構(gòu)造微納結(jié)構(gòu)與低表面能，通常需要較高的成本、微納結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度相對(duì)較低、且低成本大面積生產(chǎn)相對(duì)困難。為解決這些問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)高效、快速的溢油應(yīng)急處理，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所海洋環(huán)境材料團(tuán)隊(duì)研制了系列親油疏水材料，并基于這些材料開(kāi)發(fā)新型智能溢油應(yīng)急裝置。通過(guò)對(duì)材料的孔徑控制、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及表面能調(diào)控（Chemical Communications, 2013, 49: 2424-2426；ACS Applied Materials & Interfaces, 2014, 6: 1053-1060；RSC Advances, 2015, 5: 27242-27248），研制了系列親油疏水金屬和高分子材料（ACS Applied Materials & Interfaces, 2015, 7: 26184-26194; Polymer Chemistry, 2014, 5: 5942-5948；Journal of Colloid and Interface Science, 2018, 526: 106-113; 專(zhuān)利CN201310703409.5、CN201510392570.4），分別實(shí)現(xiàn)對(duì)水上原油、重油、輕油、柴油汽油、有機(jī)化學(xué)液體及水下有機(jī)化學(xué)液體等的高效吸附與回收；針對(duì)分散在水中的乳化油，研制了疏油親水乳化油分離材料（Green Chemistry, 2015, 17: 3093-3101、專(zhuān)利CN201410778473.4）。此外，為適應(yīng)苛刻的海洋環(huán)境，研制了高耐蝕涂層（RSC Advances, 2016, 6: 40641-40649）。
海洋超浸潤(rùn)油水分離材料規(guī)?；a(chǎn)
目前，相關(guān)技術(shù)及生產(chǎn)線已經(jīng)轉(zhuǎn)移給上海儀耐新材料科技有限公司，公司在上海奉賢、山東東營(yíng)建立了兩個(gè)生產(chǎn)基地，形成日產(chǎn)60000平米生產(chǎn)規(guī)模，其中單條生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率最高達(dá)200平米/小時(shí)?；诒炯夹g(shù)開(kāi)發(fā)了超疏水吸油氈材料、超疏水三維織物材料、超疏水網(wǎng)材料、高性能?chē)蜋诓牧?、水下有機(jī)物吸附材料等系列產(chǎn)品。產(chǎn)品在勝利油田、中石化、中石油、中船重工等相關(guān)企業(yè)進(jìn)行儲(chǔ)備與廣泛應(yīng)用。2016年相關(guān)產(chǎn)品的銷(xiāo)售規(guī)模達(dá)到1500多萬(wàn)元，2017年相關(guān)產(chǎn)品銷(xiāo)量達(dá)到2500萬(wàn)元以上。
海洋超浸潤(rùn)油水分離智能裝備系統(tǒng)
基于研制的吸油網(wǎng)和吸油多孔材料，海洋環(huán)境材料團(tuán)隊(duì)正在聯(lián)合上海北斗產(chǎn)業(yè)園區(qū)相關(guān)企業(yè)開(kāi)發(fā)5萬(wàn)平方米的智能海洋溢油應(yīng)急裝備系統(tǒng)。該智能溢油應(yīng)急系統(tǒng)能夠利用北斗導(dǎo)航系統(tǒng)和無(wú)人機(jī)，通過(guò)溢油海域圖像處理系統(tǒng)檢測(cè)溢油事件。當(dāng)發(fā)現(xiàn)溢油時(shí)，系統(tǒng)會(huì)選擇相應(yīng)溢油回收裝置，并自動(dòng)指揮無(wú)人船及溢油回收裝置前往溢油事故地點(diǎn)，進(jìn)行海域溢油事故的處理。由于親油疏水材料的超疏水特性，其在水面中拖行時(shí)具有極低的阻力，因此該系統(tǒng)采用兩艘無(wú)人船將吸附材料高速拖行至溢油事故地點(diǎn)。吸附材料內(nèi)置仿生吸油管道、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體、管道泵、兩級(jí)提純系統(tǒng)、在線油含量檢測(cè)系統(tǒng)。材料吸附油漬后，通過(guò)管道泵，逐級(jí)進(jìn)入提純儲(chǔ)油囊，利用儲(chǔ)油囊中的超疏油-超親水材料，對(duì)油進(jìn)行逐級(jí)分離與提純，最后運(yùn)至儲(chǔ)油船，吸附材料外層采用網(wǎng)狀柔性纖維結(jié)構(gòu)，防止波浪打散或損壞材料，在線監(jiān)測(cè)裝置對(duì)吸油后的海水進(jìn)行在線檢查，檢查海域水質(zhì)是否達(dá)標(biāo)，如果海域水質(zhì)不達(dá)標(biāo)，系統(tǒng)將再次進(jìn)行清理。該研究成果有望在溢油事件發(fā)生時(shí)實(shí)現(xiàn)溢油的快速、高效處理與回收。
圖1 親油疏水金屬網(wǎng)結(jié)構(gòu)與性能
圖2 親油疏水及親水疏油多孔海綿結(jié)構(gòu)與性能
圖3 東營(yíng)生產(chǎn)基地及成品材料
圖4 智能海洋溢油應(yīng)急裝備系統(tǒng)示意圖
?。ū砻媸聵I(yè)部 王剛 曾志翔）