三維多孔溢油吸附海綿性能研究

呂素真

摘 ?????要： 探究YN02-30PK-01型溢油吸附海綿的吸附性能。分析了油黏度對飽和吸油倍率、飽和吸附時間及保油率的影響。當(dāng)油黏度247 mm2/s，吸附海綿的飽和吸附量最大可以達(dá)到40.889 g/g;隨著黏度的增加，飽和吸附時間延長;靜態(tài)保油率可達(dá)到95%。吸附海綿水面24 h后，其靜態(tài)吸水率仍不到其自重的10%。最后實(shí)驗(yàn)確定了吸附海綿的破損性、溶解性及沉降性。

關(guān) ?鍵 ?詞： 吸油倍率; 吸附時間;靜態(tài)保油率;吸水率

中圖分類號：TQ317.3 ???????文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A ??????文章編號： 1671-0460（2019）02-0243-04

Abstract： ?The adsorption properties of type YN02-30PK-01 adsorption sponge were studied. The effect of oil viscosity on oil adsorption ratio， saturated adsorption time and oil retention rate was analyzed. When the oil viscosity was 247 mm2/s， the maximum saturated adsorption amount reached 40.889 g/g. With the increase of viscosity， the saturated adsorption time increased， and the static oil retention rate reached 95%. After the adsorption sponge stayed on the water for 24 hours， static water absorption rate was still less than 10% of its own weight. Finally， the properties of damage， solubility and sedimentation of the adsorption sponge were tested.

Key words： Oil adsorption ratio; Saturated adsorption time; Static oil retention rate; Water absorption rate

海上油漏事件頻繁發(fā)生，不僅嚴(yán)重破壞海洋生態(tài)環(huán)境，而且造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。在眾多溢油處理方法中的吸附法，是處理海洋溢油最有效、方便的方法之一[1]，因此對吸油材料的研究越來越多，主要針對具有選擇吸附特性的吸油材料。JunJunGu、Min-Nan Wu等[2，3]研究以一維材料為基體的吸油性能，Xiaoyan Zhou、Chao-Hua Xue、Feng Liu等[4-9]以織物、金屬網(wǎng)、濾紙等二維材料為基體研究油水分離性能。三維基體材料由于其大比表面積及多孔結(jié)構(gòu)，經(jīng)表面改性后具有優(yōu)異的吸油性能而備受關(guān)注[10-13]。但現(xiàn)階段大多研究都只是停留在實(shí)驗(yàn)室階段，沒有具有選擇吸附特性且可以批量生產(chǎn)使用的溢油吸附材料，對溢油吸附材料實(shí)際使用性能方面的研究也較少。我公司已建立溢油吸附海綿生產(chǎn)線，現(xiàn)日生產(chǎn)量可達(dá)6 000 m2，材料對油水混合物具有選擇吸附性，本文主要研究我公司YN02-30PK-01型吸附海綿的使用性能。

1 ?實(shí)驗(yàn)部分

1.1 ?實(shí)驗(yàn)材料

三維多孔溢油吸附海綿：自制;潤滑油（40 ℃運(yùn)動黏度25、67、108、160、211、247 mm2/s）：上海勝力潤滑油有限公司;0#柴油：東莞市峰穎石油化工有限公司。

1.2 ?實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 ?吸附海綿吸油性能試驗(yàn)方法

制備10 cm×10 cm，厚度5 mm的樣品，在吸油槽中倒入油品（溫度（20±2）℃），油品高度大于5 cm，稱量吸油前海綿質(zhì)量，將稱重后的海綿樣品平整放在油中吸附飽和，使用網(wǎng)狀托盤從油槽中取出吸附海綿樣品，平放靜置于金屬網(wǎng)上5 min，稱量吸油后的海綿樣品質(zhì)量。

1.2.2 ?吸附海綿吸水率試驗(yàn)方法

制備10 cm×10 cm，厚度5 mm的樣品，稱重，將其平放在水面上記錄時間，取出平放金屬網(wǎng)上5 min，稱量其質(zhì)量，吸附海綿的吸水率按下面公式計算：

1.2.3 吸附海綿保油性試驗(yàn)方法

制備10 cm×10 cm，厚度5 mm的樣品，在油槽中倒入油品（溫度（20±2）℃），油品高度大于待測樣品厚度。稱量吸油前吸附海綿質(zhì)量記錄分別為wob1、wob2，將稱重后的樣品平放在油中吸附5 min，從油槽中使用托盤取出溢油吸附海綿樣品，平放靜置金屬網(wǎng)上5 min，稱量記為woa1，將吸油后的wob2樣品，平放金屬網(wǎng)上靜置60 min，稱量記為woa2。

1.2.4 ?吸附海綿飽和吸附時間試驗(yàn)方法

制備10 cm×10 cm，厚度為5 mm的吸附海綿試樣，向油槽中倒入試驗(yàn)油品（溫度（20±2）℃），高度大于樣品厚度，在油中加入油溶性染色劑，攪拌均勻，將測試樣品輕輕放置于油面，開始計時至樣品完全被潤濕的時間。

1.2.5 ?吸附海綿破損性試驗(yàn)方法

制備5 cm×5 cm厚度5 mm的樣品，將吸油后的海綿放入裝有300 mL水樣的廣口瓶中，振蕩12小時后觀察材料表面破損情況。

1.2.6 ?吸附海綿溶解性試驗(yàn)方法

制備5 cm×5 cm厚度5 mm的樣品，將樣品放入裝有300 mL油品（溫度（20±2）℃）的廣口瓶中，靜置72 h，取出材料樣品，在自然光條件下觀察溶解或變形情況。

1.2.7 ?吸附海綿沉降性試驗(yàn)方法

制備5 cm×5 cm厚度5 mm的樣品，將吸油后的海綿放入裝有300 mL水樣的廣口瓶中，以100次/min頻率、振蕩幅度2 cm，振蕩12 h后，靜置5 min后觀察樣品在水面上的漂浮情況。

2 ?結(jié)果與討論

2.1 ?油黏度對吸附海綿吸油性能的影響

測試吸附海綿對不同黏度的潤滑油（40 ℃運(yùn)動黏度25、67、108、160、211、247 mm2/s）和0#柴油（溫度（20±2）℃）的飽和吸油量，結(jié)果如圖1所示。從圖中可以得出，吸附海綿的飽和吸附量隨著黏度的增加，吸附量先增加，后趨于平穩(wěn)。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能是黏度增加，油品的密度增加，單位體積吸附量增加，從而飽和吸附量增加。

2.2 ?油黏度對海綿吸油飽和時間的影響

測試吸附海綿對不同黏度的潤滑油（40 ℃運(yùn)動黏度25、67、108、160、211、247 mm2/s）及 0#柴油（控制油溫（20±2）℃）的吸附飽和時間，結(jié)果如圖2所示。

從圖中趨勢可以看出，隨著油黏度的增加，吸附飽和時間逐漸增加，黏度小于108 mm2/s 之前，吸附飽和時間增加緩慢，黏度大于108 mm2/s，曲線走勢陡峻，飽和吸附時間增加較多。飽和吸附時間主要包括海綿孔隙填充和骨架吸附時間，當(dāng)黏度增大到108 mm2/s后，可能因?yàn)楹＞d孔隙和骨架材料對高黏度油的擴(kuò)散阻礙作用增加，油分子吸附擴(kuò)散難度增加，飽和吸附時間延長。

2.3 ?油黏度對吸附海綿保油性的影響

測試吸附海綿對不同黏度的潤滑油（40 ℃運(yùn)動黏度25、67、108、160、211、247 mm2/s）及 0#柴油（控制油溫（20±2）℃）的保油率，結(jié)果如圖3所示，從圖3中可以看出，保油率隨著黏度的增加，逐漸增加，先增加緩慢，黏度達(dá)到108 mm2/s后趨于平衡，可能主要因?yàn)橛宛ざ仍叫?，油分子流動性越好，多孔海綿對油分子的阻礙越小，材料的保油率越低。當(dāng)油品黏度大于108 mm2/s，一方面由于油分子黏度增加，流動性增加，保油率增加;另一方面三維多孔海綿骨架對高黏度油分子的阻礙作用增加，油不易從材料孔隙和骨架中流出，所以保油率增加趨于平緩。

2.4 ?不同吸附時間對海綿的吸水率的影響

10 cm×10 cm，厚度5 mm的樣品，分別在 1、4、12、18、24 h測試吸附海綿的漂浮吸水率，結(jié)果如圖4。從圖4中可以看出隨著時間的增加，材料的吸水率增加，主要因?yàn)榛w材料是三維多孔聚氨酯材料，隨著時間的延長以及材料自身重力的作用下，孔徑會鉤掛小分子水珠，但水面漂浮24 h后，吸水率仍小于其自重的10%。

2.5 ?吸附海綿破損性

2.6 ?吸附海綿溶解性

5 cm×5 cm，厚度5 mm的吸附海綿，放入裝有300 mL柴油的廣口瓶中，靜置72 h，取出材料樣品，在自然光條件下觀察溶解或變形情況（表2）。

2.7 ?吸附海綿沉降性

5 cm×5 cm，厚度5 mm的吸附海綿，吸附柴油飽和后放入裝有300 mL水樣的廣口瓶中，以100次/min頻率、振蕩幅度2 cm，振蕩12 h后，靜置5min后觀察樣品在水面上的漂浮情況（表3）。

從表3的實(shí)驗(yàn)記錄可以得到，溢油吸附海綿吸附飽和后經(jīng)過12 h的振蕩實(shí)驗(yàn)，仍漂浮在水面上，可以滿足海上或河面有波浪情況下使用。

3 ?結(jié) 論

（1）油黏度對YN02-30PK-01型吸附海綿飽和吸附量、飽和吸附時間以及保油率性能的影響，當(dāng)油黏度達(dá)247 mm2/s后，吸附海綿的飽和吸附量最大可以達(dá)到40.889 g/g;隨著黏度的增加，分子擴(kuò)散難度增加，飽和吸附時間延長;隨著黏度的增加，靜態(tài)保油率增加，可以達(dá)到95%以上。

（2）吸附海綿放入水中24 h后，其靜態(tài)吸水率不到其自重的10%。

（3）吸附海綿吸附飽和后，經(jīng)過12 h的破損實(shí)驗(yàn)后，無破損現(xiàn)象。

（4）吸附海綿在柴油中72 h，無溶解或變形現(xiàn)象。

（5）吸附海綿吸附飽和后，沉降實(shí)驗(yàn)12 h后，仍漂浮水面。

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