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“磁性兩面神微球”問世 再小的水中油污也能清理干淨

2018-07-12 13:49 来源:科技日报

近日,中国科学院理化技术研究所研发出“磁性两面神微球”,只需两分钟左右就可分离出水中的微小油滴,分离效率高达99%。

近年来,随着工业、生活中含油废水的大量排放,以及船舶排放、海上原油泄漏事故的多发,水中油污染已成为危害人类健康及环境安全的重大问题。“磁性两面神微球”为开发新一代油水分离材料提供了新思路。

传统方法很难满足实际需求

面对众多有意无意的油污染水体事件,中国科学院理化技术研究所研究员王树涛在接受科技日报记者专访时表示,油水分离是一个全球性问题,而高效、快速、低成本的油水分离方法在油污染处置中显得尤为重要。

一般来说,油在水中的存在形式根据油滴的粒径可以分为三类:油滴粒径大于150微米,称为浮油,这也是油进入水体的主要存在形式;油滴粒径在20—150微米之间,称为分散油;油滴粒径小于20微米,称为乳化油。不管是表面活性剂稳定的油滴,还是无表面活性剂稳定的油滴,极小的乳化油以油包水或水包油的形式,悬浮于水中,非常稳定。

中国科学院理化技术研究所副研究员樊俊兵说,科研人员已研发了很多种方法用于油水分离,传统的方法包括物理法、化学法、物理化学法、电化学法和生物法等。

“这些方法通常是根据油水分离处理的实际情况,单独一种或几种组合使用,能够满足部分工业含油废水的处理。”樊俊兵说,随着国家对环境保护的逐渐重视、全民环境意识逐步增强,对油水分离能力的要求也在日益提高。传统方法由于存在分离效率低、占地面积大、分离成本高、容易产生二次污染、高能耗等问题,很难满足油水分离的实际要求。

超小乳化油滴难以水油分离

“油水分离从本质上说是界面科学的问题。”王树涛研究员说,近年来,科研人员从油水分离的科学本质问题出发,从材料的浸润性上入手,利用材料表面对油和水具有不同的浸润行为,如同时具有超疏水和超亲油性质,或同时具有超亲水和超疏油性质,发展了一系列超浸润性油水分离材料,如超浸润膜、超浸润海绵等。

这些超浸润材料在分离浮油甚至是表面活性剂稳定的油水混合物方面,达到了以往方法和材料所难以实现的高效性和高选择性。然而,王树涛强调,由于油水混合物的复杂性,水中无表面活性剂稳定的微小油滴的分离往往被忽略,由于这些油滴在水中的粒径小于20微米,水油结合往往非常稳定,传统方法很难高效、快速地将油滴去除。

“因此,研究和发展新型的从水中分离微小油滴的方法和材料显得尤为迫切。”王树涛说,这也是新型油水分离材料“磁性两面神微球”问世的缘由之一。

独特结构高效抓取小油滴

“磁性两面神微球”只需两分钟左右就可分离出水中的微小油滴,分离效率高达99%,而且适用于不同比例、不同种类的油水混合物。为何能获得如此高效的清除效果?

王树涛具体解释道:“这依赖于其独特的‘抓手’结构。”之所以称之为“磁性两面神微球”,是因为微球具有凸面亲水/凹面亲油的两面性质,其亲油的“抓手”能和水中的微小油滴在结构上形成很好的匹配。当把它加入到油水乳液中时,其亲油“抓手”能有效捕捉水中的微小油滴,在结构上发生互补匹配,形成雪人状结构。它还能在剧烈的晃动过程中,大幅降低油水界面张力,促使那些被捕捉到的微小油滴合并形成大油滴,从而使得油水乳液快速分层。

“最后,‘磁性两面神微球’在油水界面发生自组装,即紧密地排列在大油滴的表面。在外加磁场作用下,稳定结合在一起的大油滴会朝着磁场方向运动,最终实现油水分离。”王树涛说。(李禾)

[ 编辑: 韦馨尧 ]
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