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科技日報記者 李禾

近日，中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所研發(fā)出“磁性兩面神微球”，只需兩分鐘左右就可分離出水中的微小油滴，分離效率高達(dá)99%。

近年來，隨著工業(yè)、生活中含油廢水的大量排放，以及船舶排放、海上原油泄漏事故的多發(fā)，水中油污染已成為危害人類健康及環(huán)境安全的重大問題。“磁性兩面神微球”為開發(fā)新一代油水分離材料提供了新思路。

傳統(tǒng)方法很難滿足實際需求

面對眾多有意無意的油污染水體事件，中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所研究員王樹濤在接受科技日報記者專訪時表示，油水分離是一個全球性問題，而高效、快速、低成本的油水分離方法在油污染處置中顯得尤為重要。

一般來說，油在水中的存在形式根據(jù)油滴的粒徑可以分為三類：油滴粒徑大于150微米，稱為浮油，這也是油進(jìn)入水體的主要存在形式；油滴粒徑在20—150微米之間，稱為分散油；油滴粒徑小于20微米，稱為乳化油。不管是表面活性劑穩(wěn)定的油滴，還是無表面活性劑穩(wěn)定的油滴，極小的乳化油以油包水或水包油的形式，懸浮于水中，非常穩(wěn)定。

中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所副研究員樊俊兵說，科研人員已研發(fā)了很多種方法用于油水分離，傳統(tǒng)的方法包括物理法、化學(xué)法、物理化學(xué)法、電化學(xué)法和生物法等。

“這些方法通常是根據(jù)油水分離處理的實際情況，單獨一種或幾種組合使用，能夠滿足部分工業(yè)含油廢水的處理。”樊俊兵說，隨著國家對環(huán)境保護(hù)的逐漸重視、全民環(huán)境意識逐步增強(qiáng)，對油水分離能力的要求也在日益提高。傳統(tǒng)方法由于存在分離效率低、占地面積大、分離成本高、容易產(chǎn)生二次污染、高能耗等問題，很難滿足油水分離的實際要求。

超小乳化油滴難以水油分離

“油水分離從本質(zhì)上說是界面科學(xué)的問題。”王樹濤研究員說，近年來，科研人員從油水分離的科學(xué)本質(zhì)問題出發(fā)，從材料的浸潤性上入手，利用材料表面對油和水具有不同的浸潤行為，如同時具有超疏水和超親油性質(zhì)，或同時具有超親水和超疏油性質(zhì)，發(fā)展了一系列超浸潤性油水分離材料，如超浸潤膜、超浸潤海綿等。

這些超浸潤材料在分離浮油甚至是表面活性劑穩(wěn)定的油水混合物方面，達(dá)到了以往方法和材料所難以實現(xiàn)的高效性和高選擇性。然而，王樹濤強(qiáng)調(diào)，由于油水混合物的復(fù)雜性，水中無表面活性劑穩(wěn)定的微小油滴的分離往往被忽略，由于這些油滴在水中的粒徑小于20微米，水油結(jié)合往往非常穩(wěn)定，傳統(tǒng)方法很難高效、快速地將油滴去除。

“因此，研究和發(fā)展新型的從水中分離微小油滴的方法和材料顯得尤為迫切。”王樹濤說，這也是新型油水分離材料“磁性兩面神微球”問世的緣由之一。

獨特結(jié)構(gòu)高效抓取小油滴

“磁性兩面神微球”只需兩分鐘左右就可分離出水中的微小油滴，分離效率高達(dá)99%，而且適用于不同比例、不同種類的油水混合物。為何能獲得如此高效的清除效果？

王樹濤具體解釋道：“這依賴于其獨特的‘抓手’結(jié)構(gòu)。”之所以稱之為“磁性兩面神微球”，是因為微球具有凸面親水/凹面親油的兩面性質(zhì)，其親油的“抓手”能和水中的微小油滴在結(jié)構(gòu)上形成很好的匹配。當(dāng)把它加入到油水乳液中時，其親油“抓手”能有效捕捉水中的微小油滴，在結(jié)構(gòu)上發(fā)生互補(bǔ)匹配，形成雪人狀結(jié)構(gòu)。它還能在劇烈的晃動過程中，大幅降低油水界面張力，促使那些被捕捉到的微小油滴合并形成大油滴，從而使得油水乳液快速分層。

“最后，‘磁性兩面神微球’在油水界面發(fā)生自組裝，即緊密地排列在大油滴的表面。在外加磁場作用下，穩(wěn)定結(jié)合在一起的大油滴會朝著磁場方向運動，最終實現(xiàn)油水分離。”王樹濤說。