中科院化學(xué)所研發(fā)人造針刺濾油速度可高出超濾膜百倍
2014-04-12 17:04:32
admin
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據(jù)文新傳媒網(wǎng)2013年8月20日訊 油船溢油、海上油田泄漏，讓寶貴的石油變成污染海洋的惡魔，人類就拿它無(wú)可奈何嗎？近日出版的英國(guó)《自然·通訊》雜志刊登了中科院化學(xué)研究所江雷教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)出的*新技術(shù)：模仿仙人掌能從空氣中吸水的針刺，讓微米級(jí)的超微油滴也會(huì)自動(dòng)從水里跑出來(lái)。該技術(shù)有望幫助處理溢油事故所造成的環(huán)境污染。
把水和油分開難嗎？油浮于水上，粗略地分開當(dāng)然不難。不過，總有一些細(xì)微的油滴會(huì)混在水中。要讓這些已經(jīng)“水乳交融”的小油滴跑出來(lái)，難度就非常高。尤其當(dāng)這些油滴細(xì)小到微米級(jí)，除非耗費(fèi)巨大能量，用轉(zhuǎn)速極高的離心機(jī)把它們從水中“甩”出來(lái)，否則就難以分離。要是用吸附劑把細(xì)微油滴吸出來(lái)呢？江雷說(shuō)，這些油就廢了，既難以回收利用，吸附劑又會(huì)污染環(huán)境。
有沒有既節(jié)能環(huán)保，又能將油滴回收利用的辦法呢？冥思苦想已久的江雷教授從仙人掌的針刺上獲得了靈感：那一根根伸向空中的針刺狀葉子，看似平淡無(wú)奇，卻能不斷從空氣中吸收水分，并沿著針刺輸送到水庫(kù)般的肉莖中。
這招“空氣中奪水”可否用來(lái)“水中奪油”？課題組將仙人掌針刺的表面結(jié)構(gòu)放大、再放大，終于在電子顯微鏡下，發(fā)現(xiàn)了它“奪水”的奧秘：針刺表面排列著無(wú)數(shù)個(gè)修長(zhǎng)、尖尖的小錐體，每個(gè)錐體表面還有連續(xù)不斷的小突起。液體一旦接觸到這種結(jié)構(gòu)，就會(huì)在“拉普拉斯壓差”（空氣壓力隨高度變化而變化，并形成一股力）下，不斷被拉向莖部。
“既然這種結(jié)構(gòu)能讓空氣中的小水滴一旦‘撞’上針刺，就會(huì)身不由己地被拉過去，那我們換一種材料，是否就能把油從水中拉出來(lái)了？”江雷介紹，經(jīng)過不斷試驗(yàn)，他的團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)室中率先研制出了“水中奪油”的人造針刺。
實(shí)驗(yàn)證明，把這種人造針刺排成陣列，其每平方厘米每秒可吸油1.13毫升。“對(duì)于超微油滴，目前也可用超濾膜分離，但孔徑細(xì)微到幾微米以下時(shí)，效率就十分低下，且膜容易堵塞，成本高昂。”江雷說(shuō)，改用人造針刺，濾油的速度不僅比超濾膜高出了百倍，且分離效率可在99%以上。
江雷告訴記者，油水分離本身就是一個(gè)大課題，例如石油泄漏事故處理、工業(yè)排放的含油廢水處理、油田開采中的三次采油等，都可利用人造針刺來(lái)“水中奪油”。同樣的思路還可應(yīng)用于其他領(lǐng)域，如果改用不同材料制造具有類似表面微結(jié)構(gòu)的針刺，還可用于分離其他兩種液體的混合物。