海洋資源開(kāi)采與運輸日趨頻繁，由此帶來的海洋事(shì)故與海洋污染也越來越嚴重，如海洋溢油事(shì)件，給環境和經(jīng)濟帶來巨大的損失。日趨頻繁的海洋運輸、油氣開(kāi)采活動，也使得海洋石油洩漏等突發(fā)事(shì)件發(fā)生頻率越來越高。近些年，石油洩漏事(shì)件給海洋生态帶來的巨大的危害。“埃克森·瓦爾迪茲号”油輪洩漏、美國(guó)墨西哥灣原油洩漏等事(shì)故，導緻的損失高達數百億美元；大連新港油罐區原油洩漏、蓬萊油田溢油事(shì)故對(duì)海洋生态環境造成(chéng)嚴重的污染損害，損失達數十億人民币。
海洋超浸潤油水分離材料設計技術
溢油事(shì)件發(fā)生後(hòu)，對(duì)溢油的快速處置是降低災害的重要途徑；而利用吸附材料對(duì)溢油進(jìn)行吸附、回收與再利用，是溢油處置的有效方法。由于溢油容易擴散、揮發(fā)，且在海浪作用下容易乳化，因此，用于溢油處置的吸附材料必須具備吸油速率快、吸油率高、吸水率低、對(duì)薄油層吸附能(néng)力強等特征。
近年來興起(qǐ)的仿生技術爲溢油處置吸附材料的發(fā)展提供了新思路。自然界中如鴨子、鵝等的羽毛遇水而不粘水但很容易粘油，因爲這(zhè)些動物羽毛表面(miàn)具有微結構及低表面(miàn)能(néng)分子膜。基于此，通過(guò)表面(miàn)微納結構的設計和低表面(miàn)處理，可有效提高吸油材料吸油、憎水性，同時由于表面(miàn)微納結構導緻的毛細作用力，使得其對(duì)薄油層的吸附能(néng)力大大增強。
然而，構造微納結構與低表面(miàn)能(néng)，通常需要較高的成(chéng)本、微納結構的強度相對(duì)較低、且低成(chéng)本大面(miàn)積生産相對(duì)困難。爲解決這(zhè)些問題，實現高效、快速的溢油應急處理，中國(guó)科學(xué)院甯波材料技術與工程研究所海洋環境材料團隊研制了系列親油疏水材料，并基于這(zhè)些材料開(kāi)發(fā)新型智能(néng)溢油應急裝置。通過(guò)對(duì)材料的孔徑控制、結構設計及表面(miàn)能(néng)調控（Chemical Communications, 2013, 49: 2424-2426；ACS Applied Materials & Interfaces, 2014, 6: 1053-1060；RSC Advances, 2015, 5: 27242-27248），研制了系列親油疏水金屬和高分子材料（ACS Applied Materials & Interfaces, 2015, 7: 26184-26194; Polymer Chemistry, 2014, 5: 5942-5948；Journal of Colloid and Interface Science, 2018, 526: 106-113; 專利CN201310703409.5、CN201510392570.4），分别實現對(duì)水上原油、重油、輕油、柴油汽油、有機化學(xué)液體及水下有機化學(xué)液體等的高效吸附與回收；針對(duì)分散在水中的乳化油，研制了疏油親水乳化油分離材料（Green Chemistry, 2015, 17: 3093-3101、專利CN201410778473.4）。此外，爲适應苛刻的海洋環境，研制了高耐蝕塗層（RSC Advances, 2016, 6: 40641-40649）。
海洋超浸潤油水分離材料規模化生産
目前，相關技術及生産線已經(jīng)轉移給上海儀耐新材料科技有限公司，公司在上海奉賢、山東東營建立了兩(liǎng)個生産基地，形成(chéng)日産60000平米生産規模，其中單條生産線的生産效率最高達200平米/小時。基于本技術開(kāi)發(fā)了超疏水吸油氈材料、超疏水三維織物材料、超疏水網材料、高性能(néng)圍油欄材料、水下有機物吸附材料等系列産品。産品在勝利油田、中石化、中石油、中船重工等相關企業進(jìn)行儲備與廣泛應用。2016年相關産品的銷售規模達到1500多萬元，2017年相關産品銷量達到2500萬元以上。
海洋超浸潤油水分離智能(néng)裝備系統
基于研制的吸油網和吸油多孔材料，海洋環境材料團隊正在聯合上海北鬥産業園區相關企業開(kāi)發(fā)5萬平方米的智能(néng)海洋溢油應急裝備系統。該智能(néng)溢油應急系統能(néng)夠利用北鬥導航系統和無人機，通過(guò)溢油海域圖像處理系統檢測溢油事(shì)件。當發(fā)現溢油時，系統會選擇相應溢油回收裝置，并自動指揮無人船及溢油回收裝置前往溢油事(shì)故地點，進(jìn)行海域溢油事(shì)故的處理。由于親油疏水材料的超疏水特性，其在水面(miàn)中拖行時具有極低的阻力，因此該系統采用兩(liǎng)艘無人船將(jiāng)吸附材料高速拖行至溢油事(shì)故地點。吸附材料内置仿生吸油管道(dào)、網狀結構體、管道(dào)泵、兩(liǎng)級提純系統、在線油含量檢測系統。材料吸附油漬後(hòu)，通過(guò)管道(dào)泵，逐級進(jìn)入提純儲油囊，利用儲油囊中的超疏油-超親水材料，對(duì)油進(jìn)行逐級分離與提純，最後(hòu)運至儲油船，吸附材料外層采用網狀柔性纖維結構，防止波浪打散或損壞材料，在線監測裝置對(duì)吸油後(hòu)的海水進(jìn)行在線檢查，檢查海域水質是否達标，如果海域水質不達标，系統將(jiāng)再次進(jìn)行清理。該研究成(chéng)果有望在溢油事(shì)件發(fā)生時實現溢油的快速、高效處理與回收。
圖1 親油疏水金屬網結構與性能(néng)
圖2 親油疏水及親水疏油多孔海綿結構與性能(néng)
圖3 東營生産基地及成(chéng)品材料
圖4 智能(néng)海洋溢油應急裝備系統示意圖
（表面(miàn)事(shì)業部 王剛 曾志翔）
