摘 要:本发明公开了一种超疏水高效溢油吸附自加热苎麻毡的制备方法,属于溢油吸附功能材料技术领域,所述制备方法包括如下步骤:S1苎麻毡编织,将苎麻纤维编织成苎麻毡;S2:氧化石墨烯负载,将所述苎麻毡于氧化石墨烯悬浮液中浸渍并干燥后,在抗坏血酸溶液中进行水热还原处理,得自加热苎麻毡;S3:二氧化硅负载,在所述自加热苎麻毡上负载二氧化硅得超疏水自加热苎麻毡?本发明制备的苎麻毡具有疏水性能和光热性能,显著提升了其在低温环境下的抗冰效果与吸油效率?解决了传统吸油材料在冰区易结冰?性能下降的问题,显著延长了使用吸油材料的吸附效果和使用寿命?
权利要求书
1.一种超疏水高效溢油吸附自加热苎麻毡的制备方法,其特征在于,包含以下步骤:
S1:苎麻毡编织,将苎麻纤维编织成苎麻毡;
S2:氧化石墨烯负载,将所述苎麻毡置于氧化石墨烯悬浮液中浸渍并干燥后,在抗坏血酸溶液中进行水热还原处理,得自加热苎麻毡;
S3:二氧化硅负载,在所述自加热苎麻毡上负载二氧化硅得超疏水自加热苎麻毡?
2.根据权利要求1所述的超疏水高效溢油吸附自加热苎麻毡的制备方法,其特征在于,步骤S1中所述的苎麻纤维为由生苎麻经脱胶和经活化处理后制成?
3.根据权利要求2所述的超疏水高效溢油吸附自加热苎麻毡的制备方法,其特征在于,所述脱胶方法为将生苎麻置于氯化胆碱?尿素深层共晶溶剂中,90~150℃进行水热反应2~4h,固液分离得到脱胶苎麻?
4.根据权利要求3所述的超疏水高效溢油吸附自加热苎麻毡的制备方法,其特征在于,所述生苎麻与所述氯化胆碱?尿素深层共晶溶剂中的质量比为1:10~30,所述氯化胆碱?尿素深层共晶溶剂中所述氯化胆碱和所述尿素的摩尔比为1:2~4?
5.根据权利要求4所述的超疏水高效溢油吸附自加热苎麻毡的制备方法,其特征在于,所述活化条件为将所述脱胶苎麻置于质量浓度为0.5~5%的氢氧化钠溶液中在50~80℃条件下加热5~10h,所述脱胶苎麻在所述碱液的质量比为1~15:100?
6.根据权利要求1所述的超疏水高效溢油吸附自加热苎麻毡的制备方法,其特征在于,步骤S1中所述苎麻纤维的直径为0.5~2mm?
7.根据权利要求1所述的超疏水高效溢油吸附自加热苎麻毡的制备方法,其特征在于,步骤S2中所述氧化石墨烯悬浮液的制备方法:将氧化石墨烯干燥获得氧化石墨烯干粉,所述干燥温度为60~80℃,干燥时间为4~8h;将所述氧化石墨烯干粉与去离子水混合并超声处理1~5h得到均匀的分散体,即为氧化石墨烯悬浮液,所述氧化石墨烯悬浮液的浓度为1~8mg/mL?
8.根据权利要求1所述的超疏水高效溢油吸附自加热苎麻毡的制备方法,其特征在于,步骤S2中所述氧化石墨烯负载方法的反应条件如下:所述苎麻毡在所述氧化石墨烯悬浮液中浸渍时间为1~4h?
9.根据权利要求1所述的超疏水高效溢油吸附自加热苎麻毡的制备方法,其特征在于,步骤S2中所述抗坏血酸与所述氧化石墨烯的质量比为3~5:1,所述水热还原处理方法为在90~120℃处理4~8h?
10.根据权利要求1所述的超疏水高效溢油吸附自加热苎麻毡的制备方法,其特征在于,步骤S3中所述负载二氧化硅的方式为均匀涂洒二氧化硅的无水乙醇混悬液后进行干燥处理,所述二氧化硅在所述无水乙醇中的质量浓度为5~20%?
技术领域
本发明涉及溢油吸附功能材料技术领域,尤其涉及一种超疏水高效溢油吸附自加热苎麻毡的制备方法?
背景技术
随着北极冰盖加速消融及航道资源开发活动的激增,极地溢油风险显著上升?传统溢油吸附材料在极端低温?冰水交混及高动态海况下暴露出吸附效率低?油水选择性差?机械稳定性不足等缺陷?物理吸附法虽环境友好,但常规吸油毡(如聚丙烯纤维基)因疏水性不足?低温适应性差及不可重复利用等问题,难以满足极地溢油处理需求?尤其当溢油在低温下呈现高粘度?低流动性时,现有材料难以高效吸附并分离油相,且易受浮冰剪切作用发生结构破损?
天然苎麻纤维虽具备高韧性?可降解性及低成本优势,但其表面富含羟基等亲水基团,导致固有接触角不足90°,在复杂水环境中易优先吸附水分,严重削弱油相吸附容量?现有改性手段(如硅烷偶联剂处理)虽可提升疏水性,但难以同步赋予材料低温自激活功能以应对高粘度溢油?此外,极地光照条件波动及供电限制使得单一光热或焦耳加热材料难以实现全天候稳定控温,制约吸附动力学性能?
近年来,复合型自加热吸油材料通过光热?电热协同效应展现出低温适应性,但其制备工艺复杂?成本高昂且机械柔韧性不足,无法耐受冰区机械冲击?因此,亟需开发一种兼具超疏水界面?高光热转换效率?稳定焦耳加热特性及优异机械耐受性的天然纤维基吸附材料,以适配极地极端环境下的高效溢油治理需求?
发明内容
针对现有技术存在的技术问题,本发明旨在提供一种超疏水高效溢油吸附自加热苎麻毡的制备方法,对苎麻天然纤维进行编织和改性,形成一种抗撕裂性能强,具备自加热特性的溢油吸附材料,实现在低温?寒冷的海洋环境中高粘度?低流动性和高附着力溢油的有效吸附?
一种超疏水高效溢油吸附自加热苎麻毡的制备方法,包含以下步骤:
S1:苎麻毡编织,将苎麻纤维编织成苎麻毡;
S2:氧化石墨烯负载,将所述苎麻毡置于氧化石墨烯悬浮液中浸渍并干燥后,在抗坏血酸溶液中进行水热还原处理,得自加热苎麻毡;
S3:二氧化硅负载,在所述自加热苎麻毡上负载二氧化硅得超疏水自加热苎麻毡?
进一步地,步骤S1中所述的苎麻纤维为由生苎麻经脱胶和经活化处理后制成?
进一步地,所述脱胶方法为将生苎麻置于氯化胆碱?尿素深层共晶溶剂中,90~150℃进行水热反应2~4h,固液分离得到脱胶苎麻?
进一步地,所述生苎麻与所述氯化胆碱?尿素深层共晶溶剂中的质量比为1:10~30,所述氯化胆碱?尿素深层共晶溶剂中所述氯化胆碱和所述尿素的摩尔比为1:2~4?
进一步地,所述活化条件为将所述脱胶苎麻置于质量浓度为0.5~5%的氢氧化钠溶液中在50~80℃条件下加热5~10h,所述脱胶苎麻在所述碱液的质量比为1~15:100?
进一步地,步骤S1中所述苎麻纤维的直径为0.5~2mm?
进一步地,步骤S2中所述氧化石墨烯悬浮液的制备方法:将氧化石墨烯干燥获得氧化石墨烯干粉,所述干燥温度为60~80℃,干燥时间为4~8h;将所述氧化石墨烯干粉与去离子水混合并超声处理1~5h得到均匀的分散体,即为氧化石墨烯悬浮液,所述氧化石墨烯悬浮液的浓度为1~8mg/mL?
进一步地,步骤S2中所述氧化石墨烯负载方法的反应条件如下:所述苎麻毡在所述氧化石墨烯悬浮液中浸渍时间为1~4h?
进一步地,步骤S2中所述抗坏血酸与所述氧化石墨烯的质量比为3~5:1,所述水热还原处理方法为在90~120℃处理4~8h?
进一步地,步骤S3中所述负载二氧化硅的方式为均匀涂洒二氧化硅的无水乙醇混悬液后进行干燥处理,所述二氧化硅在所述无水乙醇中的质量浓度为5~20%?
本发明具有以下有益效果:
一?本发明选用苎麻作为溢油吸附材料,苎麻因其天然纤维具有卓越的韧性,在经过编织后进一步增强了其抗撕裂性能,在高海况条件下能够抵御外力而不易断裂,在恶劣海洋环境中能够保持结构完整性,确保长时间?高效的溢油吸附操作?
二?本发明将氧化石墨烯和二氧化硅负载于苎麻毡上,提升了其疏水性能,苎麻毡会主动趋向水面上的油,并在较短时间内将油吸附到内部,实现高效吸附?同时,由于其优异的疏水性能,能够对于表面的污垢实现自清洁,减少维护成本并延长材料的使用寿命?
三?本发明制备的苎麻毡具有优异的光热转换性能,随着光强的增加,表面温度快速提升,同时在低温情况下有光照条件的吸油效率较无光照时提高了近80%?这一特性能有效满足低温溢油的吸附要求,显著提升了在寒冷环境或低温海域中的溢油处理效率?
四?本发明制备的苎麻毡具有优异的焦耳加热性能,显著提升了材料的吸油效率和饱和吸油量?当电流通过苎麻毡时,焦耳热效应使其迅速升温至170℃以上,促使吸附的油类物质快速吸附,在低温情况下有附加20V电压较无附加电压的吸油效率提高了66.52%?这一特性有效满足低温溢油的吸附要求,弥补了在光照条件自加热性能差的不足,提升了恶劣溢油条件下的溢油吸附效率和环境适应性?
五?本发明制备的苎麻毡具有疏水性能和光热性能,显著提升了其在低温环境下的抗冰效果与吸油效率?疏水表面(接触角>150°)有效防止水分子浸润,避免冰层在材料表面形成,确保吸油毡在冰区环境中的柔韧性与可操作性?同时,光热性能进一步抑制冰晶生成并加速吸附油类的流动性,提升吸油速率与饱和吸附容量?该设计解决了传统吸油材料在冰区易结冰?性能下降的问题,显著延长了使用寿命,为极地或寒冷海域的油污治理提供了高效?可靠的解决方案?
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图?
图1为生苎麻(a)和脱胶后苎麻(b)的SEM图像?
图1
图2为本发明苎麻毡S?rGO@RF的制备流程图(a)及其SEM图像(b)?(c)?
图2
图3为本发明制备的苎麻毡S?rGO@RF的疏水性能检测结果图:水接触角(a);
浸入水中的“银镜”效果(b);为不同液滴在S?rGO@RF表面的润湿性行为(c);S?rGO@RF表面牛奶滑落实验(d)和表面自清洁实验(e)?
图3
图4为本发明制备的苎麻毡S?rGO@RF的抗拉伸性能检测结果图:弹性应力应变曲线(a);抗拉伸性能(b)?
图4
图5为本发明制备的苎麻毡S?rGO@RF的吸油能力测试结果图:饱和吸油量(a);水面吸油过程(b);循环吸油能力(c);动态连续吸油过程(d)?
图5
图6为本发明制备的苎麻毡S?rGO@RF的光照影响结果:在不同光强下的红外温度图(a);表面温度随光强的变化(b);对燃料油在有无光照时的动态吸附对比(c)?
图6
图7为本发明制备的苎麻毡S?rGO@RF的附加电压条件影响结果:在20V附加电压下的红外温度图(a)和表面温度变化(b);对燃料油有无附加电压时的动态吸附对比(c)?
图7
图8为本发明制备的苎麻毡S?rGO@RF动态吸附燃料油过程情况:5℃时对燃料油有无能量的动态吸附对比(a);对燃料油达到饱和吸附后关闭能量输入的动态吸附对比(b);在常温不同条件下的动态渗透过程(c)?吸油过程的红外温度图(d)?
图8
图9为本发明制备的苎麻毡S?rGO@RF的解冻试验结果:在无光照(a)和1sun光照情况下(b)冰冻及解冻过程;超疏水光热除冰示意图(c)?
图9
具体实施方式
为使本发明实施例的目的?技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚?完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例?基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围?
超疏水高效溢油吸附自加热苎麻毡的制备,示意图如图2a所示?
S1:苎麻脱胶
氯化胆碱?尿素按摩尔比1:2混合均匀加入圆底烧瓶,瓶口用脱水棉密闭,在80℃条件下搅拌加热共融后得到深层共晶溶剂(Deep Eutectic Solvent,DES),随后将生苎麻按照生苎麻质量:DES体积=1:20的比例加入DES溶剂中,将混合物放入聚四氟乙烯内胆中,在鼓风干燥箱中120℃反应2h后,经去离子水清洗并过滤收集固相得到脱胶苎麻?
氯化胆碱?尿素作为低共熔溶剂,通过温和条件高效去除苎麻中的胶质,减少纤维损伤,提高纤维纯度和比表面积?脱胶后的苎麻纤维表面更清洁且富含羟基等活性基团,利于通过物理吸附或化学键合负载活性成分,提升负载效率和均匀性?
S2:苎麻活化
将所述脱胶苎麻加入100mL 1%的NaOH溶液中,在恒温水浴锅中80℃加热5h,进行活化处理,随后经去离子水清洗并过滤收集固相得苎麻纤维?
碱处理溶胀苎麻纤维,去除残留杂质并暴露更多纤维素羟基,显著增加纤维孔隙率和表面活性位点?活化后的苎麻具有更高的吸附容量和结合能力,适用于负载活性物质,增强负载稳定性和缓释性能?
S3:苎麻毡编织
分拣调整所述活化苎麻纤维分束直径约为1mm,并将其编织成苎麻毡,将其命名为RF,所述苎麻毡中含经线16根,纬线4根,对折后尺寸约为20mm×20mm×2mm,经称重RF重量约为2g?
本方案编织方法通过物理交织形成三维多孔结构,保留纤维天然柔韧性与孔隙连通性,提升材料机械强度和可塑性?
S4:氧化石墨烯负载,将所述苎麻毡置于12.5mL浓度为4mg/mL的氧化石墨烯悬浮液中4h后,置于真空干燥箱中60℃干燥4h,得到的产物将其命名为GO@RF,GO负载量约为50mg;
随后将GO@RF添加至50mL 0.75%的抗坏血酸溶液中,放入聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中,使用鼓风干燥箱90℃水热还原4h后,置于真空干燥箱中60℃干燥4h,得自加热苎麻毡,将其命名为rGO@RF;
其中,配置氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO)悬浮液:将0.4g石墨片加入到48mL 98%的H2SO4溶液与5.4mL 85%的H3PO4溶液的混合物中混合均匀,浸泡45min;通过磁搅拌向其中缓缓加入2.4g KMnO4,在50℃条件下搅拌反应12h后冷却至室温;向其中加入160g冰块,再加入0.4mL 30%的H2O2溶液后充分混匀后用100mL 10%的HCl溶液和100mL的去离子水连续洗涤至pH中性,然后再离心机中在4000rpm/min条件下离心30min,收集固相得到获得GO;将所述氧化石墨烯放入真空干燥箱中在60℃条件下干燥8h后粉碎获得GO干粉;将所述GO干粉与去离子水混合并超声处理5h得到均匀的分散体即浓度为4mg/mL的GO悬浮液?
氧化石墨烯(GO)负载赋予材料高比表面积?导电性及光吸收能力?其共轭结构吸收光能转化为热能,通电时通过电子迁移产热,实现高效能量利用和局部温控?同时,抗坏血酸温和还原GO,部分恢复sp2碳结构,降低含氧基团含量,提升导电性和疏水性?还原后GO与苎麻纤维结合更紧密,减少负载脱落,增强材料机械稳定性?
S5:二氧化硅固定
将0.2g SiO2溶于20mL的无水乙醇中并搅拌均匀分散,置于喷枪中,在距离所述自加热苎麻毡rGO@RF表面10cm处对各个表面进行全面均匀喷涂,随后置于真空干燥箱中60℃干燥2h得超疏水自加热编织苎麻毡,将其命名为S?rGO@RF?
二氧化硅负载到材料表面,形成微纳米粗糙结构并引入疏水基团,显著提升材料疏水性,其负载是依靠还原氧化石墨烯表面剩余的含氧官能团(?OH?COOH)与二氧化硅中的?O?形成氢键作用,使其负载更加稳定,且还原氧化石墨烯表面剩余的含氧官能团(?OH?COOH)还可以与基体苎麻上裸露的?OH形成氢键,这样层层相加的氢键使涂层更加稳定?
试验结果与分析
(1)生苎麻?脱胶苎麻及苎麻毡的SEM图谱解析
本发明通过扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)对苎麻及苎麻毡的基本结构进行表征?首先,将生苎麻?脱胶后的苎麻和超疏水自加热编织苎麻毡SrGO@RF样品置于离子溅射仪中进行喷金处理,然后使用扫描电子显微镜观察喷金处理后样品在100μm和20μm尺度下的表面形态和结构?
从图1a中可以明显看出,生苎麻表面含有大量非纤维素物质,形态粗糙?此外,由5/7页于苎麻纤维涂有胶质材料,因此没有观察到单一的苎麻纤维?在图1b中能够观察到在DES和碱活化处理后,观察到单根纤维表面光滑且基本清洁?
如图2b和图2c所示,经过改性后的S?rGO@RF苎麻毡在骨架上出现的还原氧化石墨烯(rGO)的蓬松褶皱结构,观察到SiO2纳米颗粒形成均匀的球形,覆盖在rGO片上,进一步增加了材料表面粗糙度?SiO2的负载在改性苎麻毡表面形成类似荷叶表面的乳突状态,进一步提高材料的疏水性?
(2)苎麻毡疏水性能测试和结果
本发明进行了多项疏水性能测试实验:
①水接触角测定,使用EasyDrop model system(FM40Mk2;Krüss,Germany)进行水接触角测试,在苎麻毡表面滴加探针液体为2μL的水?如图3a所示,S?rGO@RF表面的接触角约为167°,达到超疏水状态,且超疏水性使S?rGO@RF对于表面的污垢可以实现自清洁?
②“银镜”试验,将苎麻毡固定为圆柱形置于装有海水的烧杯中观察其表面状态,由于SiO2的负载在改性苎麻毡表面形成了类似荷叶表面的乳突状态,使得液滴无法润湿,在图3b中展示了其在水下呈现“银镜”效果
③表面润湿试验,在改性苎麻毡上分别滴加咖啡?茶?墨水?牛奶和红墨水,观察到5种液滴在改性苎麻毡表面的润湿状态,图3c展示了在改性苎麻毡上观察到5种液滴在改性苎麻毡表面均为球形?
④自清洁试验,在具有一定坡度的改性苎麻毡表面滴加牛奶以观察其动态浸润状态,添加污垢后并进行冲洗观察其自清洁能力,图3d中发现牛奶迅速从材料表面滚落,图3e中超疏水状态可以将改性苎麻毡表面的污垢冲洗干净?以上现象均证明材料具有超疏水性能,可以防止海水浸入占据溢油有效吸附空间?
(3)苎麻毡抗拉伸性能测试和结果
在动态力学分析仪(DMA Q800,TA Instruments,USA)上标距长为30mm,以2mm/min的速率拉伸宽度为22mm?厚度2mm的样品直至破裂,检测改性苎麻毡的机械性能,包括拉伸强度?断裂伸长率和杨氏模量?如图4a所示,S?rGO@RF显示出优异的拉伸应力,高达5.98MPa,同时其弹性模量为102.72MPa
一侧将苎麻固定,另一侧使用弹簧秤进行拉拽测试其承力情况?如图4b所示,施加14.52kg的力时,苎麻毡仍没有被破坏?S?rGO@RF具有很强的抗拉能力,有利于维持苎麻毡的孔结构稳定性,使其能够在实际应用过程承受极地环境严重的冰?流冲击和打捞拖拽过程?
(4)苎麻毡吸油性能测试结果
本发明通过模拟吸油实验:在培养皿中倒入适量海水模拟海面,在水面上滴加苏丹Ⅲ染色的大豆油模拟溢油?将S?rGO@RF置于水面上观察吸油过程,并记录检测吸油数据?图5b为S?rGO@RF在水面上的吸油过程效果图,经过观察可知,S?rGO@RF会主动趋向水面上的油,并在较短时间内将油吸附到内部,实现高效吸附?如图5a所示,本研究试样对于主机付机混合滑油?主机气缸油?主机系统油?油底壳油?燃料油的吸油能力为3.6~5.5g/g?
此外,本发明还检测和验证了苎麻毡样品在的循环利用性过程中的吸油稳定性,测试方法?具体操作为:首先,将样品放入油样中完全浸泡,直到达到质量吸收平衡?将吸附饱和后的样品中的油挤出后将样品浸泡在相同的溶剂中,直到再次达到吸附平衡?共进行6/7页了20次吸收?挤压循环?图5c为材料的循环利用性测试结果,S?rGO@RF的水油分离率高达99.82%,在20次的循环利用吸油率高于95%?
如图5d所示,本试验设计组装了集油装置,将橡胶管的一侧与玻璃管插入的SrGO@RF相连接,另一侧连接过滤瓶后连接到真空泵?由于收集容器内的真空泵会产生压差,S?rGO@RF充当过滤器,将从水中分离出来的油收集到容器中?具体地,将S?rGO@RF浸入水/大豆油混合物(苏丹III染色)中,液体表面上的大豆油在真空条件下被连续泵入改性苎麻毡和管道中,然后收集到过滤瓶中,实现了油水表面的连续分离?这种低成本?高效的生物质油水分离材料可以有效处理溢油或有机溶剂,是解决严重油污的实用可行的方法?
(5)苎麻毡的光热转换?焦耳加热性能测试和结果
苎麻毡光热转换性能测试方法:使用光催化氙灯光源在300~2500nm(CELHXF300?T3,中国)范围内对样品进行光照模拟,光强度为100mW/cm2?为保证光强度的准确性,使用光功率计(CEL?FZ?A,中教金源,中国)对光照进行校正?温度由红外热像仪表示表面温度随时间的变化情况,5min后关闭光源并探测其降温速度?如图6a和6b所示,S?rGO@RF具有优异的光热转换性能?当光照强度从0.5sun增加到2.0sun时,S?rGO@RF的表面温度从54.4℃上升到106℃?
除了考察苎麻毡光热转换性能外,本发明还评估S?rGO@RF的焦耳热能力,使用两根铜丝分别缠绕在苎麻毡上,然后分别连接电源的正负极?随后,在S?rGO@RF上施加20V的电压以产生焦耳热?通过红外热成像仪(VarioCAM,Infro Tec,德国)检测S?rGO@RF的温度变化以评估其焦耳加热能力?结果表明S?rGO@RF具有优异的焦耳加热性能,将电能转化为热能传递给燃料油,如图7a和7b所示,在施加20V电压下温度可以达到174℃的高温?
(6)光照和电压施加条件下对吸油性能增强的影响
此外,为定量对比光热转换以及焦耳加热对于吸附的增强效果,使用吸附动力学用于评估其促进效果?首先提出吸附量达到饱和状态时的吸附量的90%时,即为近饱和状态?本试验对吸油性能增强的研究主要从吸附效率和吸附量两个方面进行:
①吸附效率方面
光照对增强吸附的作用影响:将样品浸泡在原油中,用光照(300~2500nm)辐照?作为对照,用样品在无附加光情况下直接吸附油品?随着时间的推移对油品进行称重,记录吸附量?结果表明,光照对改性苎麻毡的吸附动力效果影响明显,如图6c所示,在常温情况(20℃)下有光照后S?rGO@RF在0.5min内便可达到近饱和状态,吸附效率提升了83.54%?另外还考察了S?rGO@RF在低温情况(5℃)下的表现,其吸油效率较无光照时提高了76.94%?
同时还测定焦耳加热对吸附能力的增强效果,分别检测了S?rGO@RF样品在无附加电情况和施加20V电压情况下,对油品的吸附情况,结果如图7c所示,常温情况下吸油效率提升了28.80%?同样的,在低温情况下S?rGO@RF吸油效率提高了66.52%?
②吸附量方面
本发明比较了苎麻毡S?rGO@RF在不同光照和电压强度施加条件下对油品的吸附效果,具体分析了光照和电压对吸附效率的影响?图8c直观表现油滴在改性苎麻毡表面的吸附过程,分别对无附加能量输入?施加1sun光照和20V电压的吸附情况进行对比?
如图8a和8b所示,S?rGO@RF在达到吸附饱和后关闭能量输入,其吸油量呈上升趋势,可达8.1g/g?在光照条件下,饱和吸附量增加率达44.83%;在焦耳加热情况下,饱和吸附量增加率达45.42%?
此外,本发明还考察了苎麻毡S?rGO@RF在低温环境中的光照和电压施加后的温度变化?具体操作为:将溢油置于低温水浴槽中模拟低温溢油,设定低温水浴槽的温度为5℃,然后将苎麻毡置于油面进行吸油测试及红外热成像的温度检测?图8d展示了低温情况下苎麻毡吸油在持续附加能量及间歇附加能量的吸油情况?
(7)苎麻毡的解冻试验结果
在改性苎麻毡表面滴加水滴后放入超低温冰箱进行冰冻,取出后观察其状态?解冻过程分别在无附加光照?附加1sun的情况下进行?如图9a所示,在无光照的情况下,冰完全融化需要11min?而在1sun光照情况下,只需要270s,苎麻毡表面的冰便可完全融化,且融化的冰在超疏水表面上仍为聚集的水滴状态(图9b)?如图9c所示,S?rGO@RF适应于低温冰区溢油,这归因于优异的光吸收性和超疏水性使S?rGO@RF内部不吸收水分避免内部结冰造成脆性断裂,表面结冰可以利用光热或机械进行除冰?
综上所述,本发明所制备的苎麻毡展现出卓越的抗拉伸力学性能?显著的疏水亲油特性?优异的吸附效能?高效的水油分离能力?良好的循环再利用性以及环境友好性?该苎麻毡具备出色的光热转换效率和焦耳加热功能,能够在多种能源辅助下,实现对低温高黏度溢油的高效回收?其拉伸性能强劲,同时具备优良的除冰性能,特别适用于极地及高海况环境下冰区溢油吸附材料的拖拽回收作业?所研制的改性苎麻毡具有成本低廉?制备工艺简便?全天候作业能力以及光热辅助除冰等显著优势,为低温?高粘度及高海况条件下的冰区海上溢油处理与回收提供了一种极具前景的高效?绿色解决方案?
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围?
文章摘自国家发明专利,一种超疏水高效溢油吸附自加热苎麻毡的制备方法,发明人:吴宛青,杜敏,石昊坤,郭瑞雪,郑庆功,申请号:202510367774 .6,申请日:2025.03.26
