中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家實驗室、化學與(yu) 材料科學學院俞書(shu) 宏教授課題組在高粘度浮油吸附材料設計上取得突破性進展。俞書(shu) 宏課題組首次將焦耳熱效應引入到多孔疏水親(qin) 油吸油材料中，設計並研製出可快速降低水麵上原油粘度的石墨烯功能化海綿組裝體(ti) 材料和連續收集環境中泄漏的原油的收集裝置，大幅提高了吸油材料對高粘度浮油的吸附速度，顯著降低了浮油清理時間。該成果於(yu) 4月3日在線發表在《自然-納米技術》雜誌上 。

 海上原油泄漏不僅(jin) 給生態環境帶來災難性的破壞，還會(hui) 造成巨大的經濟損失。然而，原油泄漏所產(chan) 生的水麵浮油具有麵積大、油層薄、粘度大等特點，難以采用傳(chuan) 統的技術和材料來有效的處理。撇油船在圍油欄的配合下能夠處理的浮油麵積非常有限，並且回收的浮油中含水量大；向原油泄漏區域播撒分散劑也僅(jin) 能將部分浮油分散到水體(ti) 中，而形成的原油乳液顆粒依然會(hui) 威脅到海洋生物的生存環境；直接引燃浮油會(hui) 引發嚴(yan) 重的空氣汙染，同時會(hui) 造成浮油泄漏區域缺氧。

 近年來，多孔疏水親(qin) 油材料因其具有成本低、油水分離效率高、操作簡單、環境友好等諸多優(you) 勢，逐漸受到研究人員的重視。然而，多孔疏水親(qin) 油材料僅(jin) 對低粘度油品具有較高的吸附效率，而對水麵原油泄漏的清理回收非常困難。因為(wei) 原油的粘度比較大，即使是低粘度的原油，在泄漏後的短短幾小時內(nei) ，粘度就會(hui) 增加數百倍以上，使多孔疏水親(qin) 油材料難以將浮油快速吸附到內(nei) 部，降低多孔疏水親(qin) 油材料的利用率和浮油清理的速度。因此，為(wei) 了促進多孔疏水親(qin) 油材料在海上浮油清理領域的廣泛應用，迫切需要解決(jue) 高粘度浮油在多孔疏水親(qin) 油材料內(nei) 部擴散慢的難題。

 俞書(shu) 宏團隊自2012年以來，持續開展了高性能碳基組裝體(ti) 吸油材料的設計與(yu) 製備方法研究。他的課題組首次將石墨烯的焦耳熱效應和石墨烯的疏水親(qin) 油特性集成到多孔吸油材料上，設計出具有原位加熱和油水分離功能的石墨烯功能化海綿，在保持較高油水分離效率的情況下，大幅提高了多孔疏水親(qin) 油材料對高粘度浮油的吸附速度。他們(men) 首先采用離心輔助浸漬塗覆技術，在商業(ye) 海綿表麵，均勻的包裹上石墨烯塗層，得到的經石墨烯修飾後的海綿不僅(jin) 導電，還具有疏水親(qin) 油特性。

 他們(men) 的研究發現，在這種經石墨烯功能化後的海綿上施加電壓後，產(chan) 生的焦耳熱會(hui) 迅速增加與(yu) 其接觸的原油溫度，有效降低了與(yu) 之接觸的原油的粘度，從(cong) 而提高原油在石墨烯功能化海綿內(nei) 部的擴散係數，最終使得經石墨烯功能化海綿能夠快速吸附水麵上高粘度原油。為(wei) 提高電能的利用效率，他們(men) 將加熱區域限製到石墨烯功能化海綿的底部，頂層的海綿和水麵的浮油相當於(yu) 隔熱層，緩解熱量向空氣和水體(ti) 中擴散，提高熱量向原油傳(chuan) 遞的效率。在這種限域加熱設計下，電能消耗降低了65.6%，石墨烯的用量降低了50%，吸油時間也隻有常溫石墨烯海綿的5.4%。此外，他們(men) 還提出陣列電極設計，證明了這種焦耳熱輔助多孔疏水親(qin) 油材料吸油技術，可以實現工業(ye) 化生產(chan) 。這種陣列電極設計，使大麵積石墨烯修飾的海綿在較低的通電電壓下，依然可以加熱到很高的溫度，這對該技術將來走向商業(ye) 化有著重要的意義(yi) 。

《自然-納米技術》雜誌的審稿人評價(jia) 稱：“這個(ge) 故事非常有趣，其中有幾個(ge) 靈巧的想法，例如利用加熱手段降低原油粘度，使原油的吸附變得可行”，“文章中報道的研究結果確保了焦耳熱輔助石墨烯修飾的海綿的應用，這是一個(ge) 新穎且有趣的工作”，“該研究利用石墨烯的焦耳熱效應，使得石墨烯修飾的海綿能夠原位降低原油的粘度，從(cong) 而從(cong) 水麵上清除原油。這個(ge) 想法具有非常高的原創性和革新性”。

 該雜誌還配發了評論文章， 評價(jia) 稱：“原位調節石油流變性並最終實現石油的快速清理是一個(ge) 原創性的概念，開啟快速清理水麵高粘度浮油的新紀元。采用類似的策略，我們(men) 可以想象，未來的智能複合材料還可以吸附乳化的高粘度石油以及水下超重質石油或者瀝青。” 該工作將於(yu) 5月份以封麵論文形式正式發表。

 這項研究開創了浮油吸附材料設計的新路徑，解決(jue) 了以往多孔疏水親(qin) 油材料對高粘度浮油吸附速度慢的難題，提出的界麵加熱降低原油粘度的原創技術在石油化工業(ye) 中的油水分離領域也有著廣泛的應用前景。該研究提出的可加熱經石墨烯功能化後的海綿組裝體(ti) 材料，經優(you) 化材料和結構可進一步降低材料成本和電能消耗，有望在今後應對海上原油泄漏事故處置中獲得廣泛的應用。