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中国科学院上海硅酸盐研究所黄富强课题组–网状超轻石墨烯瓦片清洁太阳能活化原油

意外的原油泄漏于水面就可以破坏环境并引起经济浩劫。为了减轻这类灾难,在石油扩散之前及时进行干预以控制和回收石油至关重要。普通的亲脂性吸附剂不起作用,因为原油太粘而无法流入其中,尤其是在寒冷的天气下。这就提出了使用石墨烯泡沫的建议,该泡沫也是一种极好的亲脂性吸附剂,因为它是一种导体并且可以被电加热,从而使粗制流体足以吸收。然而,在公海上,电线、电源和电加热任何物体显然都是一个挑战。在这里,我们提出了一种使用太阳能激活石墨烯瓦片的解决方案:在日光照射的几秒钟内,石墨烯瓦片升温并吸收,最终将原油填充到自身体积的74%。它可以进一步用亲脂性的渗油绝热材料涂覆,成为吸光,保热和吸油的黑洞。该瓦片能够承受高达600℃的高温,通过燃烧自身消除吸附的油,可以使其恢复活力,即使少量供应的瓦片也可以持续使用并在一段时间内防止漏油。可重复使用的瓦片是通过热解相同尺寸和形状的聚(偏二氯乙烯)泡沫制成的,密度为16 kg m-3,强度为11.7 kPa。在紧急情况下,最初作为超轻型负载支撑装置安装在石油生产平台和原油运输船上的瓦片可以立即重复吸油,吸油重量是其自身重量的41倍。因此,它们可以为缓解漏油灾难提供至关重要的急救作用。

中国科学院上海硅酸盐研究所黄富强课题组--网状超轻石墨烯瓦片清洁太阳能活化原油

Fig. 1. 利用石墨烯瓦片进行太阳能活化原油回收的示意图。

中国科学院上海硅酸盐研究所黄富强课题组--网状超轻石墨烯瓦片清洁太阳能活化原油

Fig. 2. 高分子粘土制成的石墨烯瓦片。(a)通过烧制相同尺寸和形状的聚合粘土(上)获得的石墨烯瓦片(下)。石墨瓦片的(b-c) SEM图,(d)高分辨率TEM图和选定区域的电子衍射图及(e)拉曼光谱。(f)水与石墨烯瓦的接触角。(g)石墨烯瓦漂浮在水面上,但在丙酮中下沉。(h) 20 mg石墨烯瓦支撑200 g重量。

中国科学院上海硅酸盐研究所黄富强课题组--网状超轻石墨烯瓦片清洁太阳能活化原油

Fig. 3. 石墨烯瓦片的太阳能加热激活原油吸收。(a)模拟不同强度太阳照射下石墨烯瓦的红外图。(b)在0.5-2太阳照射下,石墨烯瓦表面温度迅速上升至稳态值。室温下(c)无和(d)有0.5日光照射在石墨烯瓦上的原油滴,(e)夹在瓦片中的光线经过反复的内部反射后的示意图。

中国科学院上海硅酸盐研究所黄富强课题组--网状超轻石墨烯瓦片清洁太阳能活化原油

Fig. 4. 太阳能加热和湿吸收石墨烯瓦片。(a)浸在原油中的瓦片在不同强度的模拟太阳照射下的热图像。(b)湿瓦在0.5-2日晒下表面温度逐渐升高至稳态值。(c)在各种太阳照射下,瓦片对原油的体积吸收能力。(d)在1次太阳照射下,SiO2或硫包覆的石墨烯瓦片的吸收能力超过80℃加热的瓦片。(e)每次自燃后去除粗油瓦片的循环性能。

    相关研究成果于2020年由中国科学院上海硅酸盐研究所Fuqiang Huang课题组,发表在Applied Materials Today (https://doi.org/10.1016/j.apmt.2019.100551)上。原文:Solar activated crude oil cleanup using net-shape-formed ultralight graphene tiles。

中国科学院上海硅酸盐研究所黄富强课题组--网状超轻石墨烯瓦片清洁太阳能活化原油

黄富强研究员

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