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專治石油泄漏!Oleo海綿隔水吸油太厲害

專治石油泄漏!Oleo海綿隔水吸油太厲害

Argonne推出了新型石油吸附海綿Oleo,其吸附效率高,且可重復利用,是一項具有劃時代意義的泄露石油清理技術。

來自 | E&P
編譯 | 張德凱

Oleo海綿的測試模塊在位于Leonardo的美國國家石油泄露響應研究中心和可再生能源測試中心進行測試。在吸附含油廢水一周后,研究人員將Oleo從污水中取出,海水中油含量由96%降至了4%。

每次石油泄漏都可能導致數十億美元的損失,而其中相當一部分來自泄漏原油的清理工作?,F有的清理方法作用有限,沒有任何一種技術能夠捕獲懸浮在水面的石油,而且大多數不能實現泄露石油的回收利用,這是阻礙泄露石油清理技術發展和提高的主要因素。

但是近期,石油清理技術取得了突破性進展。美國能源部Argonne國家實驗室研發的一種新型吸附劑克服了所有關鍵難題,提供了一種很有前景的泄露石油解決方案,使石油、柴油的泄漏清理工作變得更容易、更高效,降低了整體作業成本和環境影響。

這種吸附劑被稱為“Oleo海綿”,內部由一層聚合物泡沫塑料制成,外部涂層為一種改制親油(油脂)化合物。當與石油接觸時,Oleo海面會吸附高達其自身重量90倍的石油,而且Oleo不僅作用于水面,還會吸附懸浮于水中的油滴。達到吸附飽和后,附著于Oleo海綿的石油可輕松被清除并收集,之后二者都可以重新投入應用。

相比于傳統的油封和清油方法,即撇去浮于水面的石油、泄露石油現場燃燒、使用分散劑或一次性吸附劑,Oleo具有可觀的應用優勢,包括在其可重復使用性、吸附性能和在水柱中提取油的能力等方面具有明顯的優勢。

常規方案

撇油(回收水面漂浮石油)雖然能夠回收石油,但不能捕捉懸浮于水中的石油;此外,該方法只能在海面平靜且浮油足夠厚時才可以采用。同時,泄露石油現場燃燒(即在漏油現場控制石油燃燒)無法回收泄漏石油,還會向環境中排放有毒污染物。類似地,分散劑(將石油分解成小液滴,加快生物降解)也無法回收石油,且由于其潛在毒性引起了廣泛爭議。

相比之下,Oleo是一種更經濟、更有效的技術,因為海綿可以吸收懸浮于水面以下的石油,這樣就增加了可被再利用石油的量,從而降低損失。此外,Oleo海綿比燃燒法更安全,不會釋放毒物質到環境中。

該技術的研發人之一Seth Darling說:“與常規吸附劑不同,Oleo在清理泄露石油過程中不會造成任何浪費,海綿和石油都可以重復利用”。Seth Darling是Argonne中心的納米材料科學家,也是芝加哥大學分子工程研究所的研究員。

Oleo海綿的重復使用性能和捕獲水面以下石油的特性,使它區別于其他種類吸附劑,甚至其中一些還沒有取得廣泛商業應用。

可重復使用

與Oleo海綿不同,現存的許多吸附劑不可回收利用,且吸收的石油也不能重新回收使用。雖然大多研究、報告中聲稱這些吸附劑能吸收多種油類物質,但通常它們的選擇性、容量和吸附率都很低。

聚丙烯是目前唯一大規模使用的吸附劑,而在重復使用性能測試中,Oleo海綿的性能遠遠超過了工業級聚丙烯。測試結果顯示,在多次循環過后,Oleo海綿保持了97%的吸附能力,而聚丙烯的吸附率僅保持了14%。此外硅氣凝膠、有機粘土和碳質材料等吸附劑仍處于研發階段,還沒有投入大規模應用。

在新型吸附海綿技術研發中,Argonne的研究人員首先從聚氨酯材料開始,這是一種廣泛使用的聚合物泡沫,應用范圍包括家具坐墊到絕緣材料等。我們都知道,泡沫有許多小孔和縫隙,具有非常大的比表面積,縫隙內即可捕獲石油分子。

為了使新型材料具有石油吸附能力,研發人員率先采用了Darling和Argonne化學家Jeff Elam聯合研發的連續滲透技術,即在海綿表面涂上一層無機金屬氧化物底漆。利用連續滲透技術,研發人員可以在無機涂料內摻雜聚合物,使其成為滿足用戶要求、具有特殊性質的定制化材料。

在涂層中,氧化物作為黏合劑吸收親油分子,隨后這些分子被吸引入海綿內,親油分子一側連接金屬氧化物,而將油分子粘在另一端。最后一步,經過處理的吸收帶在多孔網中組裝成一塊吸油海綿。

Darling說:“連續滲透合成技術是Argonne開展Oleo研發的基礎,該方法最初主要用于新型材料的合成。將其用于Oleo海綿開發是一個良好的開端,證實了基礎研究能夠以意想不到的方式轉化為強有力的實際工具?!?/span>

技術測試

Oleo的測試在Ohmsett的全美最大海水拖柜中進行,驗證了Oleo海綿在原油、柴油回收中的有效性。在現場,研究人員將海綿暴露在柴油、原油與水的混合物中,一段時間后,海綿成功地從混合物中將原油、柴油吸附,并在后續重復使用中保留了吸附性能。

專治石油泄漏!Oleo海綿隔水吸油太厲害

2016年12月,Oleo海綿測試模塊從位于Leonardo的美國國家石油泄露響應研究中心和可再生能源測試中心測試裝置中拆除。測試罐中含有海水260萬加侖,Oleo成功的將水面以下石油吸附,標志著一項前所未有的石油泄露響應技術誕生。

Elam是Oleo的研發者之一,他說:“最初在實驗室我們只制得了1立方英寸的Oleo海綿。然而,為了滿足Ohmsett的測試要求,我們必須將其體積放大1萬倍,才能滿足其在現實情況下,在冬天海水中清理泄露原油。我們對Oleo海綿的性能非常滿意,在一周的測試中,Oleo的性能幾乎沒有任何退化?!?/span>

除了用于泄露石油清理,Oleo還可用于港口、碼頭的少量船舶泄露柴油清理工作。通過連續滲透技術可在海綿上附著不同類型的分子,實現對應材料的吸附和吸收?!拔覀冋跒榇隧椉夹g尋求更多的應用,包括廢水中重金屬離子如鉛、鉻和有機化合物的移除?!?/span>

研發團隊對Oleo的商業應用前景非??春?,目前該技術已經吸引了多方人員的興趣。

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