非传统吸油剂：疏水皮肤层亲水海绵用于高效溢油清理

近日，中山大学田雪林教授课题组在SCIENCE CHINA Materials发表题为“Nontraditional oil sorbents: hydrophilic sponges with hydrophobic skin layer for efficient oil spill remediation”的研究论文，报道了一种非传统的吸油剂——含疏水皮肤层的亲水海绵，显著地提高了多孔材料的原油吸附速率，有望应用于高效溢油清理。

基于多孔吸油剂的选择性吸附是处理原油开采及运输过程中溢油污染问题的有效途径。在实现油水混合物选择性吸附的同时，如何提高材料对高粘度原油的吸附速率，一直是业界解决溢油问题面临的重大挑战。目前研究主要基于光热或焦耳热效应以降低油的粘度，从而提高多孔材料对高粘度油的吸附速率。然而，这类策略依赖于外部能源消耗或复杂的器件结构，在实际应用上存在限制。近日，中山大学田雪林教授课题组在SCIENCE CHINA Materials发表研究论文，设计制备了一种非传统的吸油剂——含疏水皮肤层的亲水海绵，显著地提高了多孔材料的原油吸附速率，有望应用于高效溢油清理（图1）。

图1 （a）传统完全疏水吸油剂和（b）疏水皮肤层亲水吸油剂的油吸收行为对比示意图。疏水皮肤层阻挡水分，只允许油类进入，亲水皮肤层内部通道促进油的毛细管吸收，从而实现选择性、快速地吸油。

该研究采用液膜浸涂技术，在商业海绵的皮肤层（距表面2 mm厚度内）微结构上均匀包裹一层聚二甲基硅氧烷（PDMS），形成具有疏水皮肤层的亲水海绵（MS@PDMS）。独特的界面浸润性调控使其与完全疏水的传统吸附海绵相比具有明显优势。一方面，疏水皮肤层设计可保障材料对油水混合物中油的选择性吸附；另一方面，主体结构的亲水性使得毛细效应显著增加，大幅提高了原油在材料中的扩散及吸附速度，从而实现了增强的吸油动力学。以高粘度原油作为测试液，吸附测试显示MS@PDMS相比传统疏水海绵具有更快的吸附下沉速度，吸收同样质量的原油时间可减少36%（图2）。进一步的研究表明，这是一种普适性的溢油清理策略，也可基于木质海绵进行浸润性空间异质设计。此外，MS@PDMS的设计也秉承了绿色化学的原则，仅在最外层进行疏水PDMS涂层改性，内部仍保持原有的化学性质，使得对生态环境可能产生负担的疏水化学试剂消耗减少了80%。

图2 原始亲水海绵MS、全疏水海绵PDMS-MS和疏水皮肤层亲水海绵MS@PDMS的吸油性能对比。（a）三种海绵在原油中的下沉行为对比；（b）对应的浸没深度随时间变化；（c）吸油速度测量装置示意图；（d）高粘度原油被吸附到不同样品中，样品重量随吸附时间的变化（2 cm×2 cm×2 cm）；（e）不同样品对应的实时吸附速度。

该工作为溢油快速清理材料的设计制备提供了一种全新策略，有望用于下一代低成本、环境友好的高性能吸油剂的开发。

---

了解详情请读原文▼

[点击下方链接或阅读原文]

Qiyuan Chen, Shilin Liu, Liwei Chen, Tongfei Wu* and Xuelin Tian*. Nontraditional oil sorbents: hydrophilic sponges with hydrophobic skin layer for efficient oil spill remediation. SCIENCE CHINA Materials, DOI: https://doi.org/10.1007/s40843-021-1981-4