三维多孔溢油吸附海绵性能研究

吕素真

摘      要： 探究YN02-30PK-01型溢油吸附海绵的吸附性能。分析了油黏度对饱和吸油倍率、饱和吸附时间及保油率的影响。当油黏度247 mm2/s，吸附海绵的饱和吸附量最大可以达到40.889 g/g;随着黏度的增加，饱和吸附时间延长;静态保油率可达到95%。吸附海绵水面24 h后，其静态吸水率仍不到其自重的10%。最后实验确定了吸附海绵的破损性、溶解性及沉降性。

关  键  词： 吸油倍率; 吸附时间;静态保油率;吸水率

中图分类号：TQ317.3        文献标识码： A       文章编号： 1671-0460（2019）02-0243-04

Abstract：  The adsorption properties of type YN02-30PK-01 adsorption sponge were studied. The effect of oil viscosity on oil adsorption ratio， saturated adsorption time and oil retention rate was analyzed. When the oil viscosity was 247 mm2/s， the maximum saturated adsorption amount reached 40.889 g/g. With the increase of viscosity， the saturated adsorption time increased， and the static oil retention rate reached 95%. After the adsorption sponge stayed on the water for 24 hours， static water absorption rate was still less than 10% of its own weight. Finally， the properties of damage， solubility and sedimentation of the adsorption sponge were tested.

Key words： Oil adsorption ratio; Saturated adsorption time; Static oil retention rate; Water absorption rate

海上油漏事件頻繁发生，不仅严重破坏海洋生态环境，而且造成较大的经济损失。在众多溢油处理方法中的吸附法，是处理海洋溢油最有效、方便的方法之一[1]，因此对吸油材料的研究越来越多，主要针对具有选择吸附特性的吸油材料。JunJunGu、Min-Nan Wu等[2，3]研究以一维材料为基体的吸油性能，Xiaoyan Zhou、Chao-Hua Xue、Feng Liu等[4-9]以织物、金属网、滤纸等二维材料为基体研究油水分离性能。三维基体材料由于其大比表面积及多孔结构，经表面改性后具有优异的吸油性能而备受关注[10-13]。但现阶段大多研究都只是停留在实验室阶段，没有具有选择吸附特性且可以批量生产使用的溢油吸附材料，对溢油吸附材料实际使用性能方面的研究也较少。我公司已建立溢油吸附海绵生产线，现日生产量可达6 000 m2，材料对油水混合物具有选择吸附性，本文主要研究我公司YN02-30PK-01型吸附海绵的使用性能。

1  实验部分

1.1  实验材料

三维多孔溢油吸附海绵：自制;润滑油（40 ℃运动黏度25、67、108、160、211、247 mm2/s）：上海胜力润滑油有限公司;0#柴油：东莞市峰颖石油化工有限公司。

1.2  实验方法

1.2.1  吸附海绵吸油性能试验方法

制备10 cm×10 cm，厚度5 mm的样品，在吸油槽中倒入油品（温度（20±2）℃），油品高度大于5 cm，称量吸油前海绵质量，将称重后的海绵样品平整放在油中吸附饱和，使用网状托盘从油槽中取出吸附海绵样品，平放静置于金属网上5 min，称量吸油后的海绵样品质量。

1.2.2  吸附海绵吸水率试验方法

制备10 cm×10 cm，厚度5 mm的样品，称重，将其平放在水面上记录时间，取出平放金属网上5 min，称量其质量，吸附海绵的吸水率按下面公式计算：

1.2.3 吸附海绵保油性试验方法

制备10 cm×10 cm，厚度5 mm的样品，在油槽中倒入油品（温度（20±2）℃），油品高度大于待测样品厚度。称量吸油前吸附海绵质量记录分别为wob1、wob2，将称重后的样品平放在油中吸附5 min，从油槽中使用托盘取出溢油吸附海绵样品，平放静置金属网上5 min，称量记为woa1，将吸油后的wob2样品，平放金属网上静置60 min，称量记为woa2。

1.2.4  吸附海绵饱和吸附时间试验方法

制备10 cm×10 cm，厚度为5 mm的吸附海绵试样，向油槽中倒入试验油品（温度（20±2）℃），高度大于样品厚度，在油中加入油溶性染色剂，搅拌均匀，将测试样品轻轻放置于油面，开始计时至样品完全被润湿的时间。

1.2.5  吸附海绵破损性试验方法

制备5 cm×5 cm厚度5 mm的样品，将吸油后的海绵放入装有300 mL水样的广口瓶中，振荡12小时后观察材料表面破损情况。

1.2.6  吸附海绵溶解性试验方法

制备5 cm×5 cm厚度5 mm的样品，将样品放入装有300 mL油品（温度（20±2）℃）的广口瓶中，静置72 h，取出材料样品，在自然光条件下观察溶解或变形情况。

1.2.7  吸附海绵沉降性试验方法

制备5 cm×5 cm厚度5 mm的样品，将吸油后的海绵放入装有300 mL水样的广口瓶中，以100次/min频率、振荡幅度2 cm，振荡12 h后，静置5 min后观察样品在水面上的漂浮情况。

2  结果与讨论

2.1  油黏度对吸附海绵吸油性能的影响

测试吸附海绵对不同黏度的润滑油（40 ℃运动黏度25、67、108、160、211、247 mm2/s）和0#柴油（温度（20±2）℃）的饱和吸油量，结果如图1所示。从图中可以得出，吸附海绵的饱和吸附量随着黏度的增加，吸附量先增加，后趋于平稳。产生这种现象的原因可能是黏度增加，油品的密度增加，单位体积吸附量增加，从而饱和吸附量增加。

2.2  油黏度对海绵吸油饱和时间的影响

测试吸附海绵对不同黏度的润滑油（40 ℃运动黏度25、67、108、160、211、247 mm2/s）及 0#柴油（控制油温（20±2）℃）的吸附饱和时间，结果如图2所示。

从图中趋势可以看出，随着油黏度的增加，吸附饱和时间逐渐增加，黏度小于108 mm2/s 之前，吸附饱和时间增加缓慢，黏度大于108 mm2/s，曲线走势陡峻，饱和吸附时间增加较多。饱和吸附时间主要包括海绵孔隙填充和骨架吸附时间，当黏度增大到108 mm2/s后，可能因为海绵孔隙和骨架材料对高黏度油的扩散阻碍作用增加，油分子吸附扩散难度增加，饱和吸附时间延长。

2.3  油黏度对吸附海绵保油性的影响

测试吸附海绵对不同黏度的润滑油（40 ℃运动黏度25、67、108、160、211、247 mm2/s）及 0#柴油（控制油温（20±2）℃）的保油率，结果如图3所示，从图3中可以看出，保油率随着黏度的增加，逐渐增加，先增加缓慢，黏度达到108 mm2/s后趋于平衡，可能主要因为油黏度越小，油分子流动性越好，多孔海绵对油分子的阻碍越小，材料的保油率越低。当油品黏度大于108 mm2/s，一方面由于油分子黏度增加，流动性增加，保油率增加;另一方面三维多孔海绵骨架对高黏度油分子的阻碍作用增加，油不易从材料孔隙和骨架中流出，所以保油率增加趋于平缓。

2.4  不同吸附时间对海绵的吸水率的影响

10 cm×10 cm，厚度5 mm的样品，分别在 1、4、12、18、24 h测试吸附海绵的漂浮吸水率，结果如图4。从图4中可以看出随着时间的增加，材料的吸水率增加，主要因为基体材料是三维多孔聚氨酯材料，随着时间的延长以及材料自身重力的作用下，孔径会钩挂小分子水珠，但水面漂浮24 h后，吸水率仍小于其自重的10%。

2.5  吸附海绵破损性

2.6  吸附海绵溶解性

5 cm×5 cm，厚度5 mm的吸附海绵，放入装有300 mL柴油的广口瓶中，静置72 h，取出材料样品，在自然光条件下观察溶解或变形情况（表2）。

2.7  吸附海绵沉降性

5 cm×5 cm，厚度5 mm的吸附海绵，吸附柴油饱和后放入装有300 mL水样的广口瓶中，以100次/min频率、振荡幅度2 cm，振荡12 h后，静置5min后观察样品在水面上的漂浮情况（表3）。

从表3的实验记录可以得到，溢油吸附海绵吸附饱和后经过12 h的振荡实验，仍漂浮在水面上，可以满足海上或河面有波浪情况下使用。

3  结 论

（1）油黏度对YN02-30PK-01型吸附海绵饱和吸附量、饱和吸附时间以及保油率性能的影响，当油黏度达247 mm2/s后，吸附海绵的饱和吸附量最大可以达到40.889 g/g;随着黏度的增加，分子扩散难度增加，饱和吸附时间延长;随着黏度的增加，静态保油率增加，可以达到95%以上。

（2）吸附海绵放入水中24 h后，其静态吸水率不到其自重的10%。

（3）吸附海绵吸附饱和后，经过12 h的破损实验后，无破损现象。

（4）吸附海绵在柴油中72 h，无溶解或变形现象。

（5）吸附海绵吸附饱和后，沉降实验12 h后，仍漂浮水面。

参考文献：

[1] 李思凡， 王新洋， 李萍. 吸附法处理含油废水的研究进展[J]. 当代化工， 2014， 1（43）：45-47.

[2]HU Y， ZHUY J， WANGH Y， et al. Facile preparation of superhydrophobic metal foam for durable and high efficient continuous oil-water separation[J]. Chemical Engineering Journal， 2017， 8（322）：157–166.

[3]ZHANG L，LI H Q， LAIX J， et al. Thiolated graphene-based superhydrophobic sponges for oil-water separation[J].Chemical Engineering Journal， 2017，3（316）：736–743.

[4]ZHOU X Y， et al.Robust and Durable Superhydrophobic Cotton Fabrics for Oil/Water Separation[J]. ACS Applied Materials & Interfaces， 2013， 15（5）： 7208?7214.

[5]XUEC H， JIP T， ZHANGP， etal. Fabrication of superhydrophobic and superoleophilictextiles for oil–water separation [J]. Applied Surface Science， 2013， 11（284）： 464– 471.

[6]LIUF， MA M， ZANGD， et al. Fabrication of superhydrophobic/superoleophilic cotton for application in the field of water/oil separation [J]. Carbohydrate Polymers， 2014， 3（103）： 480–487.

[7]ZHANG M， WANG C Y， WANG S L et al. Fabrication of superhydrophobic cotton textiles for water-oil separation based on drop-coating route [J]. Carbohydrate Polymers， 2013， 97（1）： 59-64.

[8]LIK Q， ZENG X R， LI H Q， et al. Facile fabrication of superhydrophobicfiltration fabric with honeycomb structures for the separation of water and oil[J]. Materials Letters， 2014， 4（120）： 255–258.

[9]ZHANG X， GENGT， GUOY G， et al. Facile fabrication of stable superhydrophobic SiO2/polystyrene coating and separation of liquids with different surface tension[J]. Chemical Engineering Journal， 2013， 9（231）： 414–419.

[10]HUY， ZHUY J， WANGH Y， et al. Facile preparation of superhydr -ophobic metal foam for durable and high efficient continuous oil-water separation[J]. Chemical Engineering Journal， 2017， 8 （322）：157–166.

[11]ZHANG L，LI H Q， LAIX J， et al. Thiolated graphene-based superhydrophobic sponges for oil-water separation[J]. Chemical Engineering Journal， 2017， 3 （316）：736–743.

[12]BARRYE， ANIL U. M， JOSEPH A， et al. Advanced oil sorbents using sequential infiltrationsynthesis[J]. Journal of Materials Chemistry A， 2017， 6 （5）： 2929–2935.

[13]LIUL， LEIJ L， LI L J， et al. A facile method to fabricate the superhydrophobic magnetic sponge for oil-water separation [J]. Materials Letters， 2017， 5 （195）： 66–70.