活性炭國(guó)家專精特新“小巨人”企業(yè)活性炭產(chǎn)學(xué)研合作

　　活性炭磁性粒子用于溢油清理

　　近年來(lái)，溢油事故引發(fā)了廣泛的環(huán)境和生態(tài)問(wèn)題。必須努力改進(jìn)溢油響應(yīng)技術(shù)，以防止溢油造成不可逆轉(zhuǎn)的損害年。開發(fā)效果好、環(huán)保的吸附材料勢(shì)在必行。本次我們通過(guò)，磁性Fe3O4采用化學(xué)共沉淀法合成復(fù)合納米粒子。然后用活性炭負(fù)載納米粒子，然后進(jìn)行硬脂酸表面改性制成了溢油清理專用活性炭。由于其吸油性能和對(duì)油和水的選擇性潤(rùn)濕性，它可用于從水中去除油。

　　吸油能力研究

　　通過(guò)使用四種不同的油(柴油、原油、發(fā)動(dòng)機(jī)油和硅油)測(cè)試了活性炭的吸油能力。以4:25(w/w)的比例制備油/水混合物，并進(jìn)行了兩種不同的測(cè)試。作為第一項(xiàng)研究的一部分，使用所研究的油制備了四組不同的油/水混合物，而活性炭的負(fù)載量保持在0.25g不變。由于其浮力，吸附劑漂浮在水面上并選擇性地吸附油，然后通過(guò)磁力去除和稱重。值得一提的是，使用非磁性交流電除油是一個(gè)耗時(shí)且繁瑣的過(guò)程。它需要通過(guò)過(guò)濾的后處理過(guò)程來(lái)回收油吸附劑。然而，這項(xiàng)研究通過(guò)使用的活性炭磁性粒子克服了這一不足。

　　在第二項(xiàng)研究中，為了模擬海水，評(píng)估了NaCl濃度及其對(duì)活性炭性能的影響，并計(jì)算了每種油水/NaCl(0.5M)乳液的大吸收量。根據(jù)不同的研究，pH和溫度的變化不會(huì)顯著影響油吸附過(guò)程。因此，沒有對(duì)pH值和溫度進(jìn)行調(diào)整。此外，對(duì)活性炭的五個(gè)連續(xù)吸附循環(huán)進(jìn)行了檢查，以了解材料的可重復(fù)使用性。

　　活性炭的選擇性和浮力評(píng)估

　　定性評(píng)估了活性炭吸附劑的選擇性和浮力，如圖4所示。根據(jù)圖1b的定性表示，活性炭漂浮在水面上并選擇性地吸附機(jī)油，形成半固體物質(zhì)。然后可以從混合物中磁性收集具有吸附油的吸附劑(見圖1c)，留下無(wú)油水。也可以認(rèn)為吸附劑粉末的浮力和選擇性是由于其超親油性，這有助于吸附劑選擇性地吸收油并漂浮在水上。浮力是油/水分離中吸油材料的另一個(gè)理想特性。高浮力可以使吸附劑即使在吸油后仍漂浮在水面上，這對(duì)吸油和隨后從溢出水中去除非常有幫助。吸附顆粒的浮力顯著降低了與采油相關(guān)的費(fèi)用。活性炭磁力粒子的浮力和快速吸附特性可歸因于它們的低密度、高表面積和超親油特性。

　　圖1：活性炭的選擇性和浮力的定量說(shuō)明：(a)機(jī)油/水混合物，(b)將活性炭添加到機(jī)油/水混合物后30秒，(c)借助磁棒去除油吸附的活性炭磁性粒子。

　　活性炭的兩親行為

　　使用固著水滴法獲得水接觸角數(shù)據(jù)。通過(guò)將顆粒壓在載玻片上，將顆粒固定在載玻片上進(jìn)行接觸角測(cè)量。根據(jù)圖2，結(jié)果證明了超親水和超親油的特性。水滴在0.1s內(nèi)迅速在材料表面擴(kuò)散，水接觸角為0°(見圖2a)，而油滴也迅速在材料表面擴(kuò)散，油接觸角為0°(見圖2b)。最近的研究表明，含有親油和親水結(jié)構(gòu)域的納米結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出超兩親性。制造的材料與小油分子相互作用，導(dǎo)致它們?cè)诨謴?fù)過(guò)程中聚結(jié)成更大的液滴。根據(jù)研究，與活性炭的行為非常相似。

　　圖2：所制備的活性炭的兩親性質(zhì)，(a)親水表面，(b)親油表面。

　　此外，研究了活性炭介導(dǎo)的油滴吸附和聚結(jié)，以了解快速有效的油層分離過(guò)程，如圖3所示。在將活性炭磁性納米復(fù)合材料添加到油/水混合物中之前，觀察到柴油和水的原始乳液。如圖3a所示，乳液中存在幾個(gè)微小的油滴。將活性炭添加到乳液中后，親油表面捕獲油滴，形成可漂浮結(jié)構(gòu)，如圖3b所示。然后，乳液的頂層迅速分層形成許多較大的油滴，表明活性炭可能導(dǎo)致較大的油滴從微小的油滴中凝聚，然后形成一個(gè)單一的質(zhì)量。如圖3c所示，它是在磁棒的幫助下收集的。

　　圖3：(a)柴油-水乳液，(b)皮克林乳液，(c)活性炭表面的柴油吸附。

　　活性炭的有效性和可重復(fù)使用性評(píng)估

　　活性炭由于其高比表面積、高孔隙率、超親油性和浮力，可以有效吸附多種油類。在此，使用柴油/水和機(jī)油/水、硅油/水和輕質(zhì)原油/水四種乳液來(lái)評(píng)估活性炭的分離能力。例如，在機(jī)油/水分離過(guò)程中，活性炭通過(guò)磁棒從水中吸附和去除油。簡(jiǎn)而言之，將0.5g油滴入水中，然后滴入活性炭慢慢分散到油/水混合物中。隨著活性炭負(fù)載量的增加，油迅速吸附在活性炭表面。當(dāng)活性炭的添加量達(dá)到0.25g時(shí)，油/水混合物中幾乎沒有油殘留。活性炭對(duì)四種研究油的吸附能力。可以看出，結(jié)果表明吸附能力遵循以下順序：機(jī)油>輕質(zhì)原油>柴油>硅油。

　　活性炭磁性粒子用于溢油清理，合成了具有界面活性特性的可浮力雙層磁性納米粒子，該納米粒子具有活性炭層和疏水性硬脂酸層，用于溢油清理。這種活性炭具有高孔隙率和穩(wěn)定性，為其磁芯提供保護(hù)，促進(jìn)從地表水中回收吸附劑。評(píng)估材料性能的選擇性、浮力、吸油能力和可重復(fù)使用性。對(duì)于去離子水測(cè)試，發(fā)動(dòng)機(jī)油、輕質(zhì)原油、柴油和硅油的吸油能力都很好。磁場(chǎng)用于對(duì)活性炭施加吸引力包裹的油滴將它們與水分離。油浸的活性炭能夠用無(wú)毒溶劑(乙醇)再生長(zhǎng)達(dá)5個(gè)循環(huán)，以從水中回收油，然后再重新使用。總體而言，這種親油納米復(fù)合材料可用作去除漏油的候選材料。

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