意外的原油泄漏于水面就可以破壞環(huán)境并引起經(jīng)濟(jì)浩劫。為了減輕這類災(zāi)難，在石油擴(kuò)散之前及時(shí)進(jìn)行干預(yù)以控制和回收石油至關(guān)重要。普通的親脂性吸附劑不起作用，因?yàn)樵吞扯鵁o法流入其中，尤其是在寒冷的天氣下。這就提出了使用石墨烯泡沫的建議，該泡沫也是一種極好的親脂性吸附劑，因?yàn)樗且环N導(dǎo)體并且可以被電加熱，從而使粗制流體足以吸收。然而，在公海上，電線、電源和電加熱任何物體顯然都是一個(gè)挑戰(zhàn)。在這里，我們提出了一種使用太陽能激活石墨烯瓦片的解決方案：在日光照射的幾秒鐘內(nèi)，石墨烯瓦片升溫并吸收，最終將原油填充到自身體積的74%。它可以進(jìn)一步用親脂性的滲油絕熱材料涂覆，成為吸光，保熱和吸油的黑洞。該瓦片能夠承受高達(dá)600℃的高溫，通過燃燒自身消除吸附的油，可以使其恢復(fù)活力，即使少量供應(yīng)的瓦片也可以持續(xù)使用并在一段時(shí)間內(nèi)防止漏油。可重復(fù)使用的瓦片是通過熱解相同尺寸和形狀的聚(偏二氯乙烯)泡沫制成的，密度為16 kg m^-3，強(qiáng)度為11.7 kPa。在緊急情況下，最初作為超輕型負(fù)載支撐裝置安裝在石油生產(chǎn)平臺(tái)和原油運(yùn)輸船上的瓦片可以立即重復(fù)吸油，吸油重量是其自身重量的41倍。因此，它們可以為緩解漏油災(zāi)難提供至關(guān)重要的急救作用。

Fig. 1.?利用石墨烯瓦片進(jìn)行太陽能活化原油回收的示意圖。

Fig. 2.?高分子粘土制成的石墨烯瓦片。(a)通過燒制相同尺寸和形狀的聚合粘土(上)獲得的石墨烯瓦片(下)。石墨瓦片的(b-c) SEM圖，(d)高分辨率TEM圖和選定區(qū)域的電子衍射圖及(e)拉曼光譜。(f)水與石墨烯瓦的接觸角。(g)石墨烯瓦漂浮在水面上，但在丙酮中下沉。(h) 20 mg石墨烯瓦支撐200 g重量。

Fig. 3.?石墨烯瓦片的太陽能加熱激活原油吸收。(a)模擬不同強(qiáng)度太陽照射下石墨烯瓦的紅外圖。(b)在0.5-2太陽照射下，石墨烯瓦表面溫度迅速上升至穩(wěn)態(tài)值。室溫下(c)無和(d)有0.5日光照射在石墨烯瓦上的原油滴，(e)夾在瓦片中的光線經(jīng)過反復(fù)的內(nèi)部反射后的示意圖。

Fig. 4.?太陽能加熱和濕吸收石墨烯瓦片。(a)浸在原油中的瓦片在不同強(qiáng)度的模擬太陽照射下的熱圖像。(b)濕瓦在0.5-2日曬下表面溫度逐漸升高至穩(wěn)態(tài)值。(c)在各種太陽照射下，瓦片對(duì)原油的體積吸收能力。(d)在1次太陽照射下，SiO₂或硫包覆的石墨烯瓦片的吸收能力超過80℃加熱的瓦片。(e)每次自燃后去除粗油瓦片的循環(huán)性能。

? ? 相關(guān)研究成果于2020年由中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所Fuqiang Huang課題組，發(fā)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。

黃富強(qiáng)研究員