活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　活性炭磁性粒子用于溢油清理

　　近年来，溢油事故引发了广泛的环境和生态问题。必须努力改进溢油响应技术，以防止溢油造成不可逆转的损害年。开发效果好、环保的吸附材料势在必行。本次我们通过，磁性Fe3O4采用化学共沉淀法合成复合纳米粒子。然后用活性炭负载纳米粒子，然后进行硬脂酸表面改性制成了溢油清理专用活性炭。由于其吸油性能和对油和水的选择性润湿性，它可用于从水中去除油。

　　吸油能力研究

　　通过使用四种不同的油(柴油、原油、发动机油和硅油)测试了活性炭的吸油能力。以4:25(w/w)的比例制备油/水混合物，并进行了两种不同的测试。作为第一项研究的一部分，使用所研究的油制备了四组不同的油/水混合物，而活性炭的负载量保持在0.25g不变。由于其浮力，吸附剂漂浮在水面上并选择性地吸附油，然后通过磁力去除和称重。值得一提的是，使用非磁性交流电除油是一个耗时且繁琐的过程。它需要通过过滤的后处理过程来回收油吸附剂。然而，这项研究通过使用的活性炭磁性粒子克服了这一不足。

　　在第二项研究中，为了模拟海水，评估了NaCl浓度及其对活性炭性能的影响，并计算了每种油水/NaCl(0.5M)乳液的大吸收量。根据不同的研究，pH和温度的变化不会显着影响油吸附过程。因此，没有对pH值和温度进行调整。此外，对活性炭的五个连续吸附循环进行了检查，以了解材料的可重复使用性。

　　活性炭的选择性和浮力评估

　　定性评估了活性炭吸附剂的选择性和浮力，如图4所示。根据图1b的定性表示，活性炭漂浮在水面上并选择性地吸附机油，形成半固体物质。然后可以从混合物中磁性收集具有吸附油的吸附剂(见图1c)，留下无油水。也可以认为吸附剂粉末的浮力和选择性是由于其超亲油性，这有助于吸附剂选择性地吸收油并漂浮在水上。浮力是油/水分离中吸油材料的另一个理想特性。高浮力可以使吸附剂即使在吸油后仍漂浮在水面上，这对吸油和随后从溢出水中去除非常有帮助。吸附颗粒的浮力显着降低了与采油相关的费用。活性炭磁力粒子的浮力和快速吸附特性可归因于它们的低密度、高表面积和超亲油特性。

　　图1：活性炭的选择性和浮力的定量说明：(a)机油/水混合物，(b)将活性炭添加到机油/水混合物后30秒，(c)借助磁棒去除油吸附的活性炭磁性粒子。

　　活性炭的两亲行为

　　使用固着水滴法获得水接触角数据。通过将颗粒压在载玻片上，将颗粒固定在载玻片上进行接触角测量。根据图2，结果证明了超亲水和超亲油的特性。水滴在0.1s内迅速在材料表面扩散，水接触角为0°(见图2a)，而油滴也迅速在材料表面扩散，油接触角为0°(见图2b)。最近的研究表明，含有亲油和亲水结构域的纳米结构表现出超两亲性。制造的材料与小油分子相互作用，导致它们在恢复过程中聚结成更大的液滴。根据研究，与活性炭的行为非常相似。

　　图2：所制备的活性炭的两亲性质，(a)亲水表面，(b)亲油表面。

　　此外，研究了活性炭介导的油滴吸附和聚结，以了解快速有效的油层分离过程，如图3所示。在将活性炭磁性纳米复合材料添加到油/水混合物中之前，观察到柴油和水的原始乳液。如图3a所示，乳液中存在几个微小的油滴。将活性炭添加到乳液中后，亲油表面捕获油滴，形成可漂浮结构，如图3b所示。然后，乳液的顶层迅速分层形成许多较大的油滴，表明活性炭可能导致较大的油滴从微小的油滴中凝聚，然后形成一个单一的质量。如图3c所示，它是在磁棒的帮助下收集的。

　　图3：(a)柴油-水乳液，(b)皮克林乳液，(c)活性炭表面的柴油吸附。

　　活性炭的有效性和可重复使用性评估

　　活性炭由于其高比表面积、高孔隙率、超亲油性和浮力，可以有效吸附多种油类。在此，使用柴油/水和机油/水、硅油/水和轻质原油/水四种乳液来评估活性炭的分离能力。例如，在机油/水分离过程中，活性炭通过磁棒从水中吸附和去除油。简而言之，将0.5g油滴入水中，然后滴入活性炭慢慢分散到油/水混合物中。随着活性炭负载量的增加，油迅速吸附在活性炭表面。当活性炭的添加量达到0.25g时，油/水混合物中几乎没有油残留。活性炭对四种研究油的吸附能力。可以看出，结果表明吸附能力遵循以下顺序：机油>轻质原油>柴油>硅油。

　　活性炭磁性粒子用于溢油清理，合成了具有界面活性特性的可浮力双层磁性纳米粒子，该纳米粒子具有活性炭层和疏水性硬脂酸层，用于溢油清理。这种活性炭具有高孔隙率和稳定性，为其磁芯提供保护，促进从地表水中回收吸附剂。评估材料性能的选择性、浮力、吸油能力和可重复使用性。对于去离子水测试，发动机油、轻质原油、柴油和硅油的吸油能力都很好。磁场用于对活性炭施加吸引力包裹的油滴将它们与水分离。油浸的活性炭能够用无毒溶剂(乙醇)再生长达5个循环，以从水中回收油，然后再重新使用。总体而言，这种亲油纳米复合材料可用作去除漏油的候选材料。

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