羅 潔

（吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林 吉林 132013）

隨著人類工業(yè)的迅速發(fā)展以及油類物質(zhì)的大量使用，自然界中的水資源、油資源污染日趨嚴(yán)重，并已經(jīng)對(duì)人類健康造成了危害，同時(shí)對(duì)資源造成了浪費(fèi)。工業(yè)油水混合和海上石油泄漏是最常見(jiàn)的污染形式。含油污水嚴(yán)重威脅了人類健康和生態(tài)平衡，油水分離技術(shù)可成功的實(shí)現(xiàn)各種油液和水的完全分離，將工業(yè)含油廢水中的油液從水體中分離出來(lái)，凈化水質(zhì)，避免隨意排放含油廢水帶來(lái)的危害，且凈化的水可以循環(huán)使用，降低對(duì)水資源的消耗。油水分離技術(shù)也可成功的將海上溢油從海面分離，凈化海洋環(huán)境，使泄漏的原油得到回收利用，減少石油資源的浪費(fèi)。因此，油水分離技術(shù)的研究對(duì)改善水污染、油污染以及減少水、油資源的浪費(fèi)具有很重要的理論意義和實(shí)際價(jià)值。

1 油水分離方法

目前傳統(tǒng)的油水處理方法包括：生物降解法、化學(xué)處理法、物理處理法。自從發(fā)現(xiàn)了自然界中某些物質(zhì)表面的極端潤(rùn)濕性，研究人員對(duì)其表面的特殊微觀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了濃厚的興趣。近年來(lái)，利用材料特殊潤(rùn)濕性對(duì)水和油的不同作用來(lái)實(shí)現(xiàn)油水分離引起了研究者廣泛的關(guān)注，粉末、纖維膜、棉織物、濾紙、金屬網(wǎng)、聚氨酯海綿等材料都被應(yīng)用于極端潤(rùn)濕性表面制備和油水分離研究，均可獲得較好的極端潤(rùn)濕性和分離效果。

1.1 傳統(tǒng)的油水分離方法

（1）生物降解法。生物降解法主要是通過(guò)采用人工措施來(lái)促進(jìn)油污染物的自然生物降解，主要方法是在水體中添加能夠降解油液的微生物、施加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)來(lái)促進(jìn)微生物的增值和投入表面活性劑來(lái)促進(jìn)微生物對(duì)油液的降解等，生物降解法對(duì)環(huán)境影響小，且沒(méi)有二次污染。

Cunningham等采用生物降解法去除柴油，并通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，將聚乙烯醇作為包埋劑系統(tǒng)的固定化技術(shù)對(duì)柴油的降解效果要比非固定化技術(shù)及商業(yè)菌劑對(duì)柴油的去除效果好。史琪琪等[1]對(duì)簡(jiǎn)單噴灑微生物的生物降解法進(jìn)行了改進(jìn)，采用下潛式的裝置實(shí)現(xiàn)生物處理，通過(guò)控制下潛式裝置在浮油下的運(yùn)動(dòng)再配合一套滴加微生物的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)精確、定量地向浮油內(nèi)添加微生物的過(guò)程。

（2）化學(xué)處理法。使油類物質(zhì)的存在形態(tài)發(fā)生改變而減少污染的方法稱為化學(xué)處理法?；瘜W(xué)處理法的目的是使油液分散或聚集，根據(jù)油層厚度的不同，可以選擇化學(xué)制劑或燃燒來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)油層厚度小于0.3cm時(shí)，使用溢油分散劑、集油劑、吸油劑等化學(xué)制劑效果較好；而當(dāng)油層厚度較大時(shí)，往往則使用燃燒法來(lái)處理。化學(xué)處理法所需后勤支持少，效果好、反應(yīng)快。

美國(guó)曾多次在湖泊，內(nèi)河，濕地等多處對(duì)水面油污染物應(yīng)用了就地燃燒法，結(jié)果表明在油層厚度較大、含水率較大的情況下，就地燃燒是一種快速的、方便的、有效的浮油處理方式[2]。20世紀(jì)90年代后期，溢油凝油劑的研究在我國(guó)受到很大重視，青島海洋大學(xué)陳國(guó)華、大連理工大學(xué)李忠義、復(fù)旦大學(xué)姚重華等人分別系統(tǒng)地研究了聚乙烯醇型、大豆蛋白凝油劑、氨基酸型凝油劑、山梨糖醇型凝油劑等凝油劑的制備，取得了豐碩的研究成果。

（3）物理處理法。將油（水）從水（油）中分離出來(lái)，而不改變油或水的存在形式的油水分離方法，例如重力法、離心法、吸附法、圍欄法、磁性分離法等，均稱為物理處理法。物理處理法無(wú)二次污染，避免了資源浪費(fèi)。

19世紀(jì)50年代，美國(guó)殼牌公司開(kāi)發(fā)了一種平行板捕集器，隨后Fram公司在此基礎(chǔ)上，利用浮油較水體相比與捕集器具有較短的距離以及油液與板面發(fā)生碰撞而聚結(jié)的原理，研發(fā)出一種更加優(yōu)化的聚結(jié)板分離器，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)水面浮油的收集。在我國(guó)，青島華海環(huán)保工業(yè)有限公司設(shè)計(jì)出一種斜帶沉浮式撇油器，具有效率高、適應(yīng)性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)緊湊、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。

1.2 基于極端潤(rùn)濕性材料的油水分離方法

（1）油吸附法。目前，基于極端潤(rùn)濕性材料的油吸附法常用的材料有粉末和聚氨酯海綿。粉末油水分離的原理是將超疏水-超親油粉末灑在油水混合物中，利用其特殊的潤(rùn)濕性吸收油液。Arbatan等用硬脂酸無(wú)水乙醇溶液修飾碳酸鈣粉末，得到具有超疏水性的碳酸鈣粉末，并進(jìn)行了油水分離試驗(yàn)，如圖1所示，油水分離效率高于98%。Banerjee等將制備的含鐵金屬有機(jī)骨架材料（MOF）煅燒后獲得Fe3O4和碳的磁性疏水親油表面，通過(guò)外加磁場(chǎng)，使吸附油液的磁性疏水粉末與水分離。

圖1 油水混合物：（a）加入超疏水粉末前；（b）加入粉末后；（c）分離后[4]

聚氨酯海綿由于其內(nèi)部可以提供充分的儲(chǔ)油空間，通過(guò)吸油-擠壓過(guò)程可實(shí)現(xiàn)高效率油水分離。Qing等利用化學(xué)沉積和表面能修飾的方法制備出的超疏水-超親油聚氨酯海綿能吸收各種水面浮油，海綿的吸收速度快，效率高，可重復(fù)性強(qiáng)。徐文驥等[3]利用超疏水-超親油海綿發(fā)明了一種高效率、高純度、無(wú)動(dòng)力的水面浮油收集裝置。

（2）油或水過(guò)濾法。油或水過(guò)濾法油水分離的原理類似過(guò)濾，通過(guò)疏水親油的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)材料透過(guò)油阻隔水來(lái)實(shí)現(xiàn)油水分離，如濾紙、纖維膜以及金屬網(wǎng)等。石彥龍等[4]以棉織物為基底，在其表面浸涂ZnO溶膠，再用辛基三甲氧基硅烷降低涂層表面能，利用棉織物表面的超疏水性和超親油性，實(shí)現(xiàn)對(duì)油水混合物中油和水的有效分離。Zang等將改性的SiO2/PS復(fù)合材料涂抹在濾紙上，制備出具有超疏水超親油性和高油水分離效率的濾紙。Kong等在室溫下將磷銅網(wǎng)置于去離子水中浸泡3小時(shí)，再經(jīng)十二硫醇修飾后得到超疏水磷銅網(wǎng)，并進(jìn)行了如圖2所示的油水分離試驗(yàn)。

圖2 基于超疏水磷銅網(wǎng)的油水分離：（a）分離前；（b）分離后

2 存在的問(wèn)題

傳統(tǒng)的油水分離方法和目前已有的基于極端潤(rùn)濕性材料的油水方法存在以下問(wèn)題：

（1）生物降解法對(duì)環(huán)境有較高的要求，降解速度緩慢，油液不可回收，造成資源浪費(fèi)；化學(xué)處理法成本高，生產(chǎn)工藝復(fù)雜、價(jià)格貴、難以推廣且會(huì)存在二次污染。物理處理法在處理海上溢油方面存在很大的問(wèn)題，其中圍欄法最終回收的油純度不高，需采取進(jìn)一步的分離，吸附法在吸油的同時(shí)也會(huì)吸入水分，回收也需油水分離。

（2）目前基于極端潤(rùn)濕性材料的油水分離方法大多只適用于分離輕油（密度小于水）-水混合物，而對(duì)重油（密度大于水）-水混合物進(jìn)行油水分離的方法較少。國(guó)內(nèi)外對(duì)基于極端潤(rùn)濕性材料的重油-水混合物分離的研究也較少。

（3）超疏水粉末能有效的吸收油液，但粉末的可重復(fù)使用性差，且分離出的油液不可回收利用；超疏水聚氨酯海綿具有一定的油存儲(chǔ)能力，但吸油能力受體積限制且儲(chǔ)存穩(wěn)定性差，每次吸油后都需擠壓處理使吸附的油排出。基于網(wǎng)狀材料的油或水過(guò)濾法分離速度快，但需預(yù)先收集油水混合物，并且過(guò)濾網(wǎng)的油水分離效率、耐水壓性、抗水沖擊穩(wěn)定性等方面存在一定的局限性。因此，這兩種方法僅適用于工業(yè)油水分離，對(duì)于大面積海上油水分離存在較大的局限。

3 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，傳統(tǒng)油水分離方法普遍存在工藝過(guò)程復(fù)雜、二次污染、油水分離不徹底等缺點(diǎn)。目前已有基于極端潤(rùn)濕性材料的油水分離方法大多只適用于分離輕油（密度小于水）-水混合物，而對(duì)重油（密度大于水）-水混合物進(jìn)行油水分離的方法較少。超疏水粉末可重復(fù)利用性差，油液不可回收；超疏水聚氨酯海綿吸油能力受體積限制且儲(chǔ)存穩(wěn)定性差；基于超疏水網(wǎng)狀材料的油或水過(guò)濾法在分離效率、耐水壓性、抗水沖擊穩(wěn)定性等方面存在一定的局限性。這就需要研究一種新的油水分離方法。超疏水-超親油泡沫銅是一種對(duì)水和油顯示兩種不同極端潤(rùn)濕性的三維多孔結(jié)構(gòu)材料，可實(shí)現(xiàn)油和水的分離，在解決水污染和油污染的問(wèn)題上具有良好的應(yīng)用前景。