材料百态

太阳给了我们赖以生存的热量，给了我们地球上生机盎然的绿植，对于人类活动造成的伤害我们依旧希望能够通过取材自然的方法对其进行治理。

石油作为一种不可再生资源，被称为“工业的血液”，是当前人类生产生活的主要能量来源之一。但近些年来，油品泄漏问题不仅造成了严重的经济损失以及资源的浪费，还对湿地、海洋生态环境以及人类、海洋生物生命健康等方面带来巨大威胁。其中高粘度原油（粘度>10Pa·s，常温下类似固体）的泄漏危害更深。

目前对于原油泄漏的处理方法中吸附法是最环保高效的方式，它能将原油锁定在空隙中，再通过挤压的方式将泄漏的原油回收再利用。据我们研究所知，水在20℃下的粘度为0.001 Pa·s，而在此温度下高粘度原油的粘度为水粘度的10000倍，当温度升高至60℃，此时原油的粘度仅为水粘度的20倍，并且低粘度下更有利于吸收。

太阳为我们的星球提供了丰富的能量，有许多种天然的合成过程可以利用太阳能-光合作用以化学的方式从阳光中撷取能量，转化入植物中生成天然材料。木质素是仅次于纤维素的世界第二大丰富的天然有机物，在木本植物中占25%。在植物体中，木质素在大量存在于木质部中以维持其极高的硬度以及稳定性。随着2021年“限塑令”的开始实施，生物基或可降解成为热点名词，木质素作为地球上储量丰富且当前利用率低的生物质材料，它的高附加值利用成为研究热点。

近日，中国科学院宁波材料技术与工程研究所高分子与复合材料实验室朱锦研究员团队成功制备出一种可以在太阳光辅助下快速清理水面高粘度原油的生物基可降解泡沫材料，该材料不仅具有传统高分子材料的高回弹性，能够重复挤压回收再利用泄漏的原油，而且由于以木质素作为原料赋予了该产品可降解的性能。

从生活常识中我们知道，穿深色衣服在阳光下照射会发烫，乌黑的头发久晒会让我们感到燥热，深色的泡沫材料也不例外。我们的吸附剂通过加入碳纳米管，将原本深褐色的泡沫变成黑色，通过测量发现对光达到几乎全部的吸收，通过红外摄像机我们可以看到，在一个太阳功率的光照下（1.00KW/m2），表面最高温度能达到90.3℃以上，与无光照相比升高了将近60℃。（图2）

图2 （a）吸附剂在一个太阳光功率（1.00KW/m2）下表面温度。（b）没有光照下吸附剂的表面温度。

在模拟环境的吸油实验中发现，在太阳光的照射下，采用这种材料制备的吸附剂能在6分钟内实现水面的原油回收过程：前4分钟，吸附剂会凭借优异的光热转化能力快速升温到77.1℃；后2分钟，吸附剂会将被太阳光降低了粘度的原油全部吸收，之后通过挤压，就可回收吸附剂中的原油了。更值得关注的是，这种吸附剂能够循环利用，实验证明，经过100次循环挤压，这种泡沫材料依然能够回复到原始形状，经过5次的循环吸油，吸附剂的效率表现依然十分稳定，并且在后续的使用中依旧能够维持高效的原油的回收效率。（图3）

图3 吸附剂在有光照与无光照下吸附原油示意图（上）和光照下循环吸油示意图（下）。

不仅如此，该吸附剂最大的好处是能够在一定条件下降解，由于生物质成分木质素的存在，与常规的聚氨酯泡沫相比，该吸附剂在NaOH水溶液中80℃下10小时能够几乎全部降解成淤泥状的物质，而对比实验中可以看到，不含木质素的泡沫只是发生了一点的形状变化（图4）。

图4 （a）吸附剂在水和碱溶液中降解照片。（b）不含木质素的聚氨酯泡沫在水和碱溶液中降解照片。

（c）两种泡沫平均降解速率对比。

综上所述，该技术制备的吸附剂能够实现阳光充足的近海域高粘度原油泄漏的回收，它能吸收自身重量6倍以上的原油且能重复多次利用，虽然较传统的聚氨酯泡沫的制备，该材料的制备缺乏一定的稳定性以及结构可调节性，但科学家们一直在努力探索，希望这项技术与材料能够在不久的将来造福人类，在治理高粘度原油泄漏对我们造成的污染的同时能够减缓“白色污染”对我们的地球家园造成的伤害。

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