【原创】一起来看石墨烯如何为“海绵宝宝”“加油”


来源:中国粉体网   默然

[导读]  中科大仿生与纳米化学实验室俞书宏课题组采用商业化的海绵运用石墨烯将其功能化,同时将焦耳热(即电流通过导体产生的热量)引入到体系里来,以此来实现对泄露在水面的原油进行连续的回收。

中国粉体网讯  频繁发生的原油泄漏事件不仅造成长期严重的海洋生态危害,而且导致大量的高价值资源损失。不知大家是否还记得2010年墨西哥湾漏油事件,当时国际上也采取了很多补救措施,但目前煤焦油仍然撞击着沙滩。


一直以来,高粘度原油泄漏的回收是国际难题。疏水亲油的吸油材料是解决这一难题的很好的方案。然而,这些材料的吸附速度相当有限。今年,中科大仿生与纳米化学实验室俞书宏课题组针对此类问题研制了可以吸油的海绵。


如何实现海绵吸油?


原油泄漏难处理主要是由于其高粘度的特性,为了可以原位的降低原油的黏度,课题组采用商业化的海绵运用石墨烯将其功能化,石墨烯具有高导电导热性以及很高的机械强度和耐化学腐蚀性,是目前很热的研究重点。另外,课题组将焦耳热(即电流通过导体产生的热量)引入到体系里来,以此来实现对泄露在水面的原油进行连续的回收。



商业海绵具有多孔性,石墨烯具有亲水疏油性,将其包裹在廉价的商业海绵上。那么这个样块,它既廉价,又可以让油进来而水进不来。对样块通上电就可以加热,再在这个样块上加上一个泵,就可以将吸上来的石油抽到另一个回收装置当中,其实验原理如下图:



研究结果表明,石墨烯功能化的海绵的焦耳热降低了原油的粘度,显著地增强了油在海绵中的扩散系数,并加速吸油速率。和不加热的石墨烯海绵相比,这种石墨烯海绵吸油时间减少了94.6%。另外,因为原油粘度的下降,油的回收速度也得到很大提高。


通过加热是不是能耗特别高?


课题组通过与科大吴恒安教授的合作,在其理论计算的指导下,课题组获得了一个最优的方案,即将海绵一般包裹石墨烯,另一半不包裹,那么下面包裹石墨烯的部分,就可以将能量聚集在这,而上面不包裹的部分,就可以起到隔热的作用,那么能量利用率就会更高,其吸油速率也会更快。



综合来讲,这种技术实现了以下5个方面:


1)高速吸附原油,缓解了原油的进一步传播和老化;

2)以高的油/水分离效率高效回收原油;

3)几乎不给海洋环境带来负面影响;

4)操作简单,适用于大面积应用;

5)在恶劣的海洋环境下仍然具有高的工作效率。


这种原位焦耳自加热吸附策略有效促进了疏水亲油吸附剂在原油回收中的实际应用。完美的将基础理论知识和实际应用紧密结合在一起,为我们国家原油泄漏事故的处置提供了一个原创性的技术。

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作者:默然

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