把造紙廢料“扔”到海里吸油去
研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn),他們制備出的木質(zhì)素聚氨酯泡沫經(jīng)過(guò)一個(gè)太陽(yáng)光照(輻射功率每平方米1000瓦特)后,表面溫度可達(dá)90℃,可在6分鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)自身6倍以上質(zhì)量的原油回收。
大面積的油污覆蓋在海面上,大量海洋生物身陷其中缺氧死亡……隨著海上運(yùn)輸業(yè)迅速發(fā)展,原油和有機(jī)溶劑泄漏事故頻繁發(fā)生,對(duì)生態(tài)環(huán)境與人體造成危害。
針對(duì)泄漏事故,目前國(guó)際通用的原油吸附泡沫,原料多來(lái)自石化資源且不可降解,與綠色環(huán)保理念并不契合。開(kāi)發(fā)一種生物質(zhì)來(lái)源且吸附力強(qiáng)的吸油材料,成為相關(guān)領(lǐng)域的重要研究方向。
近期,中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所生物基高分子材料團(tuán)隊(duì)陳景研究員和朱錦研究員與加拿大多倫多大學(xué)顏寧教授團(tuán)隊(duì)合作,設(shè)計(jì)研發(fā)了一類(lèi)木質(zhì)素基聚氨酯泡沫,可用于治理海上油污泄漏,還能在溫和堿性環(huán)境下無(wú)害化降解。
木質(zhì)素吸附漏油更環(huán)保
在自然界的植物中,木質(zhì)素是含量?jī)H次于纖維素的第二大天然有機(jī)高分子聚合物。在木本植物中,木質(zhì)素含量能占到約25%。在工業(yè)生產(chǎn)中,木質(zhì)素通常作為造紙行業(yè)的副產(chǎn)物,被燃燒或直接丟棄。
“當(dāng)前的吸油材料大多以泡沫、氣凝膠等多孔材料為主。其中聚氨酯泡沫在油水分離中的應(yīng)用特別普遍。”陳景介紹,聚氨酯材料由多元醇與異氰酸酯經(jīng)過(guò)聚加成反應(yīng)得到,傳統(tǒng)聚氨酯材料所用的多元醇來(lái)源于石油。
是否可以將普遍被浪費(fèi)的木質(zhì)素利用起來(lái),提高聚氨酯材料的環(huán)境友好性?2019年下半年,研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)始著手研發(fā),希望通過(guò)引入木質(zhì)素,降低聚氨酯材料的成本,并且使其實(shí)現(xiàn)降解。
起初,研究團(tuán)隊(duì)采用一步法制備了碳納米管復(fù)合的木質(zhì)素基聚氨酯原油吸附泡沫,用于高效原油回收。
“所謂一步法,就是將制備好的多元醇與異氰酸酯混合,快速攪拌,倒入模具,無(wú)需維持環(huán)境條件,一步生成聚氨酯泡沫。這與傳統(tǒng)聚氨酯泡沫制備方法一致?!标惥敖忉屨f(shuō)。
常溫下原油黏度較高,類(lèi)似固體,但在較高溫度下其黏度會(huì)顯著降低,有助于提高泡沫吸收速率。通過(guò)模擬海洋環(huán)境實(shí)驗(yàn),研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn),制備出的木質(zhì)素聚氨酯泡沫經(jīng)過(guò)一個(gè)太陽(yáng)光照(輻射功率每平方米1000瓦特)后,表面溫度可達(dá)90℃,可在6分鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)自身6倍以上質(zhì)量的原油回收。
“通過(guò)擠壓這種泡沫,可將其吸附的油污進(jìn)行回收處理再利用?!标惥氨硎?,美中不足的是,碳納米管不可降解,還會(huì)阻礙泡沫材料的降解速率。
通過(guò)與中國(guó)科學(xué)院寧波材料所黃慶研究員合作,研究團(tuán)隊(duì)替換碳納米管,將具有可降解性、光熱轉(zhuǎn)換能力更佳的MXenes納米片引入泡沫基體中。
據(jù)了解,MXenes納米片能夠在熱氧環(huán)境下降解成對(duì)環(huán)境無(wú)污染的二氧化鈦等物質(zhì),提高聚氨酯泡沫的環(huán)境友好性。
新材料適用多種工況
由于處理人員無(wú)法接近某些具有特殊用途的有毒油相廢液,因此需要能夠精準(zhǔn)定向進(jìn)行油污吸附的材料?;谝延械暮献鞒晒?,研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步開(kāi)發(fā),研制出了一種超疏水磁性木質(zhì)素基聚氨酯泡沫。
“將四氧化三鐵納米顆粒引入泡沫中,能使泡沫整體具有一定的磁性和光熱性能,通過(guò)硅烷的表面修飾則使其具有超疏水性?!标惥敖忉尩?,超疏水磁性木質(zhì)素基聚氨酯泡沫在太陽(yáng)光下可以借助光熱輔助原油回收,陰雨天能夠通過(guò)超疏水的表面性質(zhì)實(shí)現(xiàn)常規(guī)油水分離,實(shí)現(xiàn)24小時(shí)作業(yè)。
研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在一個(gè)太陽(yáng)光照下,超疏水磁性木質(zhì)素基聚氨酯泡沫表面最高溫度能達(dá)到66.5℃,吸附約自身5倍質(zhì)量的原油。由于該泡沫具有磁性,因此人們可以利用磁場(chǎng)對(duì)由該泡沫加工而成的吸附劑進(jìn)行驅(qū)動(dòng)和回收。
除了應(yīng)對(duì)海上原油泄漏,木質(zhì)素基聚氨酯泡沫還可作為抗菌敷料、過(guò)濾材料、保溫材料、隔音吸波材料等。目前,研究團(tuán)隊(duì)已與企業(yè)合作,將木質(zhì)素基聚氨酯泡沫材料率先用于汽車(chē)內(nèi)飾中。
“木質(zhì)素的大量使用,使得這類(lèi)泡沫制作成本非常低廉(較商用聚氨酯泡沫成本下降30%左右),在環(huán)保方面的優(yōu)勢(shì)相當(dāng)突出。下一步,團(tuán)隊(duì)將嘗試提升這類(lèi)泡沫材料的吸油速率?!标惥氨硎荆@項(xiàng)研究不僅為木質(zhì)素基聚氨酯泡沫的應(yīng)用找到了出口,也為今后生物基高分子材料的應(yīng)用提供了一種思路。
責(zé)編:唐錦玲
來(lái)源:冷水江市融媒體中心