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科技日報記者 李禾

近日，中國科學院理化技術研究所研發(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，中國科學院理化技術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。

中國科學院理化技術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、化學法、物理化學法、電化學法和生物法等。

“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)境保護的逐漸重視、全民環(huán)境意識逐步增強，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

“油水分離從本質上說是界面科學的問題。”王樹濤研究員說，近年來，科研人員從油水分離的科學本質問題出發(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，或同時具有超親水和超疏油性質，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，王樹濤強調，由于油水混合物的復雜性，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。

獨特結構高效抓取小油滴

“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’結構。”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，其親油的“抓手”能和水中的微小油滴在結構上形成很好的匹配。當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，在結構上發(fā)生互補匹配，形成雪人狀結構。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。