尹承偉，顏黎棟

（西安石油大學(xué)，陜西 西安 710065）

在石油的開采過程中，往往會面臨著較大的環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。在海洋石油開發(fā)工作中，常常因?yàn)樯a(chǎn)事故造成對海水大面積的污染，嚴(yán)重威脅著海洋生態(tài)環(huán)境。故此，相關(guān)研究人員開始加大對于油水分離材料的研發(fā)力度，力求通過科學(xué)有效的油水分析材料的制備降低因海洋原油泄漏而造成的各種環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)[1]。

1 關(guān)于物理吸附材料

通過利用物理吸附的方法可以做到在處理泄露原油的同時又避免了對海洋環(huán)境的進(jìn)一步污染。但是目前此種方法由于使用的物理吸附材料不具有重復(fù)利用、吸油量較低以及后續(xù)處理困難等一些列的難點(diǎn)。為了對上述問題進(jìn)行進(jìn)一步的改善與解決，一系列新的吸附材料被用于油水分離處理之中，例如碳納米管、納米纖維材料等等。雖然上述材料對于傳統(tǒng)油水分離處理材料具有較高的吸附效率，但往往具有更高的生產(chǎn)成本以及無法進(jìn)行大規(guī)模的生產(chǎn)的問題[2]。對于物理吸附材料的選擇既要滿足對油吸附能力較強(qiáng)的條件，還要具有較為合理的生產(chǎn)成本，較好的循環(huán)利用能力。所以對于物理吸附材料的制備具有較高的工作要求。

目前，GA 材料擁有三維網(wǎng)狀的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，具有更大的比表面積和更高的導(dǎo)電率以及更為優(yōu)良的疏水性能以及更強(qiáng)的吸附能力而被受到了相關(guān)領(lǐng)域的工作人員的廣泛關(guān)注。但是這種材料所具有的的韌性不能達(dá)到實(shí)際應(yīng)用要求的水平，在進(jìn)行油水分離處理工作后常常因?yàn)槭艿搅送饬ψ饔孟卤黄茐亩鴨适Я搜h(huán)利用的功能。其比較高的制備成本也對其廣泛投入使用造成了嚴(yán)重的阻礙。

三聚氰胺海綿（MS）具有更為優(yōu)秀的韌性與更好的彈性，在油水分離處理工作中具有更高的吸油量與較低的生產(chǎn)成本，相比GA 材料更加適合進(jìn)行油水分離處理[3]。但是，MS 材料卻因?yàn)闊o法進(jìn)行選擇性吸附而同樣無法在原油海洋污染處理中被廣泛的應(yīng)用。近年來，前人曾使用聚乙烯亞胺和氧化石墨烯對商業(yè)海綿進(jìn)行了改善，使用肼還原劑進(jìn)行95℃，3h 的反應(yīng)，之后將其在20%的苯基三甲氧基硅烷溶液中使其吸油能力得到進(jìn)一步的加強(qiáng)。另外，前人也根據(jù)MS 與GO的協(xié)同效應(yīng)，使用石墨烯對MS 進(jìn)行表面改性，進(jìn)而制備出具有選擇性能的吸附材料。同時把包覆GO 的三聚氰胺海綿在80℃下用肼蒸汽進(jìn)行24h 的還原，制備疏水吸附材料。前人還通過將GO 涂覆在三聚氰胺海綿之上，使用180℃進(jìn)行6h 的加熱制備得到超疏水的材料。

本次研究通過使用綠色環(huán)保的表面修飾手段，把GO 在MS 表面生成的還原氧化石墨烯層對三聚氰胺海綿骨架進(jìn)行包覆，對超疏水親油的還原氧化石墨烯/三聚氰胺海綿進(jìn)行科學(xué)高效的制備，同時增強(qiáng)了石墨烯和海綿基底的結(jié)合程度，使制備出的超疏水親油的還原氧化石墨烯/三聚氰胺海綿吸附材料具有較傳統(tǒng)吸附材料更為綠色環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。同時對其在結(jié)構(gòu)組分、疏水性、循環(huán)使用能力等方面進(jìn)行了分析，使得RGO-MS 材料被證明具有較傳統(tǒng)材料更加優(yōu)秀且具有更為廣泛是應(yīng)用前景。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 氧化石墨烯(GO) 的制備

使用改善后的Hummers 法對GO 進(jìn)行制備。把150mL 濃硫酸、50mL 濃硝酸與5g 天然鱗片石墨分別倒入500mL 的圓底燒瓶之中，在常溫常壓下進(jìn)行24h 的攪拌，之后倒入1L 蒸餾水進(jìn)行稀釋并過濾。將反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行洗滌與干燥處理制備得到GO。把石墨粉、300mL 濃硫酸、6.2g 氧化二磷與4.2g 的硫代酸鉀依次倒入圓底燒瓶之中，在80℃的溫度條件下進(jìn)行5h 的攪拌，反應(yīng)后再倒入蒸餾水對其進(jìn)行稀釋并進(jìn)行過濾與洗滌、干燥等工作，制備得到預(yù)氧化的膨脹石墨材料。

把制備產(chǎn)物和200mL 濃硫酸進(jìn)行混合，在15℃下緩慢倒入15g 高錳酸鉀溶液，將溫度提升到350℃并進(jìn)行攪拌，2h 后加入2L 蒸餾水稀釋同時倒入10mL30%過氧水直到溶液變黃，用稀鹽酸溶液進(jìn)行洗滌，使用蒸餾水進(jìn)行多次洗滌，至酸堿度為7，最后進(jìn)行配置形成1mg/L 的GO溶液備用。

2.2 RGO-MS 的制備

把50mL 濃度為1mg/mL 的GO 溶液到入100mL 的燒杯進(jìn)行攪拌，并倒入200 μL 25%的L-抗壞血酸溶液，進(jìn)行持續(xù)攪拌半小時，把MS倒入GO 溶液中進(jìn)行20min 的反應(yīng)并使用超聲輔助浸漬，結(jié)束后將包裹GO 溶液的MS 轉(zhuǎn)入燒杯中，進(jìn)行密封后再在80℃的條件下進(jìn)行3h 的反應(yīng)。把產(chǎn)物在蒸餾水中進(jìn)行48h 的浸泡后經(jīng)過干燥處理制備得到RGO-MS。

2.3 吸油性能測試

把得到了RGO-MA 產(chǎn)物浸入多種有機(jī)溶劑與油脂中，經(jīng)過10min 取出，放置到無油滴落下后進(jìn)行稱重，對材料的吸附能力進(jìn)行計(jì)算。

2.4 接觸角測試

把4 μL 的水滴滴至樣品的表面，至體積形態(tài)其不再發(fā)生任何改變后對水滴的變化進(jìn)行詳細(xì)的記錄與分析，使用相關(guān)方程計(jì)算公式對其形態(tài)與靜態(tài)接觸角進(jìn)行計(jì)算。通過注射器將水滴滴至樣品表面，將注射器針頭插進(jìn)水滴的中間區(qū)域，慢注3μL 水并等待四s，再將注入的水全部抽出，對液滴樣品的變化進(jìn)行全程的記錄，使用接觸角結(jié)果計(jì)算前進(jìn)角與后退角的差值。

2.5 吸附-擠壓循環(huán)實(shí)驗(yàn)

把RGO-MS 樣品取樣后浸入到正己烷和泵油中，10min 之后提取出來，進(jìn)行稱重。再將海綿的高度進(jìn)行壓縮使其高度達(dá)原來的一半后進(jìn)行吸附油的提取。將提取油后的海綿再一次浸入到正己烷和泵油中，進(jìn)行50 次的重復(fù)后計(jì)算其吸附能力。

2.6 連續(xù)油水分離實(shí)驗(yàn)

使用自組裝的連續(xù)分離器對正己烷和水的混合物進(jìn)行分離試驗(yàn)。將RGO-MS 置入多孔的塑料管之中，使用管子將真空泵與之相連。在真空環(huán)境之下把RGO-MS 選擇性吸附特性實(shí)現(xiàn)油水分離通過自組裝的連續(xù)分離裝置對正己烷/水混合物進(jìn)行浮油/水選擇性分離實(shí)驗(yàn).將RGO-MS 放入多孔塑料管中，用管子將真空泵和瓶子相連，在真空驅(qū)動下，利用RGO-MS 選擇吸附特性實(shí)現(xiàn)油水分離。

3 結(jié)語

使用浸漬法把GO 包覆在三聚氰胺海綿骨架之上，使用低溫與綠色環(huán)保的還原劑將GO 還原為RGO，同時將其緊密覆與三聚氰胺海綿骨架之上，制備出本次的RGO-MS 吸附材料。這種吸附材料能夠更高效的吸附多種有機(jī)物與油脂。同時擁有更為綠色環(huán)保的有點(diǎn)，在進(jìn)行高達(dá)50 次的吸附實(shí)驗(yàn)之后，吸附材料仍然具有90%以上的吸附能力。同時，這種吸附材料對輕質(zhì)原油與重質(zhì)原油都有較好的吸附能力，同時能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)分離處理。所以這種物理吸附材料將以其簡單的制備過程、良好的吸附能力以及綠色環(huán)保的功能受到廣泛的歡迎，并且將在海洋原油泄漏事故處理工作中得到更為廣泛的應(yīng)用。