纤维聚丙烯材料的制备及其对石油产品吸附性能的研究

徐险峰

(中国石油辽阳石化分公司烯烃厂，辽宁 辽阳 111003)

引 言

保护环境，消除工业运营对环境的不利影响已经成为我国可持续发展的重要战略目标，在这方面，最重要的问题之一就是解决工厂排放和油轮事故造成的石油对水资源的污染。目前使用最广泛的石油产品主要是燃料油，汽油，煤油和各种油类及其杂质，它们泄漏后会在水面上形成由不同大小液滴组成的浮动层，以乳化形式渗入水体，从而污染水体底部，从而急剧减少浮游植物的光合作用效率。从水面去除这种污染物的最有效方法是吸附，目前很多多孔材料，粒状或粉状材料都可以用作吸附剂：灰分，焦粉，泥炭，硅胶，铝土，活性粘土，活性炭，硅藻土和浮石等。这些吸附剂具有很大的比表面积，使其具有良好的吸附性能，然而，他们的缺点体积密度比较低，在大面积的水域使用需要大量的运输设备，比较困难。另外，因为轻质吸附剂比较容易由气流带走，在有风的天气使用也有一定的问题，限制了实际应用。在美国，日本和欧洲等发达国家，一种纤维聚丙烯合成吸附剂逐渐受到关注，这种材料具有特殊的表面结构，对于去除浮在水面上的污染物具有很高的效率，是颗粒状吸着剂的几十倍甚至几百倍，并且绿色环保，具有很好的可再生能力，所以对这方面的研究具有重要意义[1-2]。

这种材料易于加工，可以做成布袋，项圈和绳子，针对不同区域水处理使用。从水面吸附石油污染物主要分三个阶段，首先封闭污染区域，将油集中在便于收集的较小区域内。随后使用由材料制成的布料或袋子来清洁水，最后从它们中挤压出油，将在该过程中回收的油用作二次燃料继续使用。在本研究中，我们通过空气动力成形(FMAF)方法制备出纤维聚丙烯材料，研究了使用纤维材料对石油产品的吸附性能，为新材料的开发提供了一定的实验基础和理论经验。

1 实验部分

1.1 样品制备和基本物理结构测试

实验以商业聚丙烯和纤维为原料制备了一系列的纤维聚丙烯复合材料，对其基础物理性能进行了一系列表征，研究了使用纤维材料对石油产品的吸附性能以及各种物理参数对吸附性能的影响。通过改变现代化UPNM、VNF和LAS装置的参数(温度、压缩空气速度、反应时间)，我们可以通过低黏度聚丙烯原料(熔体流动指数25 g/10 min～27 g/10 min)获得具有不同结构的纤维聚丙烯材料。为了确定材料的结构特性对其吸附性的影响，我们准备了各种纤维直径不同和棉卷厚度不同的样品来测试，平均纤维直径通过MBI-15显微镜测试，测试标准按照GOST 8074-82，搭接厚度使用千分尺获得，测试标准按照GOST 4380-86，孔径由Bechold法确定。

1.2 石油吸附性质测试

石油是一种高黏度碳氢化合物的复杂混合物，在研究中，我们使用莫斯科石油公司的原油作为污染物，全面研究空气动力学方法实验参数对合成材料对石油产品的吸附性能影响。此种原油包含以下成分：0.1%水;2.8%盐;1.61%硫;2.8%机械杂质，原油的体积密度为0.9 g/cm2;汽油等级为A-80级(TU 38.001165-97，符合GOST R51313-99);机油等级为M-8V(GOST 10541-78)。

将不同条件下FMAF法制备的样品在室温20 ℃～22 ℃下浸渍到5 cm×5 cm的容器中(容器中存放固定质量(m1)的污染物)，容器中污染物的体积大于试样的体积，大量的实验表明，无论样品结构如何， 1小时是样品吸附所需的最长时间，我们称为平衡吸附时间，并且在后续比较测试中，每个样品固定吸附1小时，吸附达到饱和后我们将样品从容器中取出并对污染物称重，静态吸附率(SSP)由方程(1)确定，其中m1是试样的质量(g)，m2是吸收污染物的试样质量(g)。

SSP= (m2-m1)/m1

(1)

2 结果讨论

具有代表性的样品的结构测试结果被总结到表1中。

表1 纤维聚丙烯材料的结构参数

表2显示了上述样品的石油，M-8V机油和A-80汽油的吸附参数，为了保证实验结果的准确性，同一个样品进行了三组平行实验，从表2中我们可以看出，未经压力处理的聚丙烯样品的吸附性能范围为10 g/g～19 g/g石油材料，7 g/g～14 g/g机油材料， 1.5 g/g～11 g/g汽油材料，好于传统吸附剂材料(在4 g/g～8 g/g石油材料范围内)。具有最高吸附性能的是纤维直径df=3.3 μm的样品，表面密度为38 g/m2，孔径为52/47 μm。这是因为这种材料中的纤维具有最大的比表面积和最小的孔隙，从结构上保证了它的吸附性能，所以吸附性能主要由吸附剂内部孔结构决定，另外对样品进行压力处理会明显地压实了纤维并降低了其吸附性能(达到2 g/g石油材料)，不利于吸附。

表2 纤维聚丙烯材料对石油的吸附性能

3 结语

本研究以聚丙烯和纤维为原料通过空气动力学方法(FMAF)制备得一系列纤维聚丙烯复合材料，我们通过对纤维聚丙烯材料基本物理结构的表征和其对石油的吸附性能的研究发现，纤维聚丙烯复合材料本身的孔道结构是决定材料吸附性能的关键因素，通过大量的实验我们探索出了具有最高吸附性能复合材料的制备条件，为石油吸附材料的利用提供了一定的实验基础。