CN111229168A - 一种用石墨烯基材料回收高粘度泄漏原油的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用石墨烯基材料回收高粘度泄漏原油的方法。该发明方法包括如下步骤：（1）将三聚氰胺海绵材料浸泡在氧化石墨烯GO溶液，数秒后取出烘干MS@GO，再用还原法还原，烘干得到石墨烯基材料；（2）首先光照使得海水中泄漏原油温度升高，再加入石墨烯基材料充分吸附。本发明以一种廉价、环保、高效的方法实现高粘度泄露原油的回收利用；其通过光照和石墨烯材料的协同作用，实现对原油的快速、充分和完全吸附；用于原油吸附的石墨烯材料制备方法简单，容易实现，成本低；洁净环保，可重复利用多次。

Description

一种用石墨烯基材料回收高粘度泄漏原油的方法
技术领域
本发明涉及泄漏原油治理技术领域，具体的说，涉及一种用石墨烯基材料回
收高粘度泄漏原油的方法。
背景技术
当今社会环境污染问题已经成为亟待解决的全球性问题，其中，近年来原油泄漏对海洋及周边的环境和生态都造成了极大的破坏，然而却并没有足够有效的方法解决该问题，更没有理想的方法高效率的回收利用泄露的高粘度原油或者粘附于岩石或沙滩上面的高粘度油，故该领域的研究具有极大的现实意义。俞书宏院士采用对纳米吸附材料通电产生焦耳热的方式来对难以流动的高粘度原油进行加热，使其粘度降低并变成流动状态，从而被纳米吸附吸附掉（Ge J, et al., Nature Nanotechnology, 2017.）。然而对纳米吸附材料通电的方式来吸附原油存在能耗较高、难以大规模应用的缺点。本发明首次通过人工光源的引入，可以在油层以下水温基本保持不变的基础上使原油温度快速升高，从而粘度降低，将高粘度原油向低粘度转化，从而吸附掉。本发明和Ge J, et al.等人的工作相比，光照加热原油的方式更容易实现大规模的应用。
石墨烯基材料的制备关键是成本低，环保，吸附效率高，可重复利用次数多。
目前处理泄漏原油的方法在实际应用中存在的问题如下：
1.传统的物理法、燃烧法以及吸附剂法分别存在回收效率低，残留量大，人力物力耗费大；会对海水造成二次污染，污染空气；材料负载量低，无法回收高粘度原油，难以重复利用的问题。
2.目前较为先进的其他治理方法，如油/水混合物分离法（J. Mater. Chem. A,2016, 4, 10810，ACS Appl.Mater. Inter., 2017, 9, 5968）则存在成本高，不适合大规模生产、操作等问题。
发明内容
为了克服现有泄漏原油治理技术中存在的效率低、成本高和易造成二次污染的问题，本发明提供一种基于石墨烯基材料回收高粘度泄漏原油的方法。本发明在人工光源的照射下用石墨烯改性的三聚氰胺泡沫吸附回收泄露原油，能实现泄漏原油的快速、高效、大规模、低成本、环保回收。本发明的技术方案具体介绍如下。
一种用石墨烯基材料回收高粘度泄漏原油的方法，具体步骤如下：
（1）将三聚氰胺泡沫MS材料浸泡在氧化石墨烯GO分散液中，数秒后取出烘干，得到MS@GO材料，再用还原法将MS@GO还原得到石墨烯基MS@RGO材料；
（2）搭建吸附泄漏原油平台，向烧杯中加入500~1000毫升海水，向海水中加入1~10克粘稠的原油，先通过光照使得海面上的黏稠原油温度升高到60℃以上，该光照过程使得原油黏度降低到100mpa·s以下，然后向海水中加入石墨烯基MS@RGO材料，其加入量以能实现原油完全吸附为止，实现海水体系中泄漏原油的充分去除和回收。
本发明中，步骤（1）中，氧化石墨烯GO分散液的浓度为0.5mg/ml~3mg/ml，浸泡时间为1~60秒。
本发明中，步骤（1）中，还原法中采用的还原剂是还原性酸或酚、肼类、金属氰化钠或活性金属中的一种或多种。
本发明中，步骤（1）中，光照的光源为人工照射灯；优选的，氙灯或太阳光模拟器。
本发明中，还包括步骤（3）：对吸附原油后的石墨烯基MS@RGO材料利用机械挤压法或者离心法去除吸附的原油，待石墨烯基材料和原油分离后，石墨烯基MS@RGO材料循环重复用于步骤（1）。
通过上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明中用于吸附原油的石墨烯基材料制备方法简单，容易实现，易于大规模生产，其原料多孔泡沫材料来源广、成本低；本发明中的石墨烯基材料对原油的吸附量大，可重复利用；本方法可以在较低温度、耗能低的情况下实现高粘度泄露原油的高效率、快速回收。
附图说明
图1为本发明实施例1中石墨烯基材料的制备流程。
图2是附着石墨烯的三聚氰胺泡沫的扫描电镜图片。
图3是MS和MS@RGO的接触角实验。
图4为本发明实施例1中吸附海水中泄漏原油的实验示意图。
图5为原油温度随时间的变化曲线。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
实施例1
(1) 若干2cm×2cm的三聚氰胺泡沫（MS）材料（旭鲜实业（上海）有限公司）充分浸泡在浓度为2mg/ml的氧化石墨烯（GO）溶液中5s，取出后用离心法去除泡沫中多余的GO分散液，然后在真空烘箱中以60℃、真空条件烘干1h。如图1为实施例1中制备石墨烯基材料的流程图。
(2) 稀释的HI溶液水浴加热到90℃，然后把材料浸泡在HI（上海泰坦科技有限公司）溶液中还原5s，最后放入真空烘箱中以200℃、真空条件烘干2h，得到附着一定量石墨烯的泡沫材料，即石墨烯基材料（MS@RGO）。图2是附着石墨烯的三聚氰胺泡沫的扫描电镜图片和元素分析图片，可见石墨烯为具有皱褶的片状结构，主要元素为C、N、O。随机称取10个块体泡沫材料，取平均值，得MS泡沫为0.5~0.8克。用10个随机选取的附着石墨烯的泡沫的质量减去同样数量的无石墨烯的泡沫的质量，取平均值，计算得知泡沫上附着的石墨烯质量为0.01~0.03克。将6克粘稠的原油放入装有500毫升海水的烧杯中，使用太阳光模拟器照射，光强为3 kW/m2，可观察到粘稠的原油逐渐变稀，最终变得像水一样。图4为本发明实施例1中吸附海水中泄漏原油的实验示意图。如图4，向烧杯中加入4块MS@RGO泡沫，原油在1~10分钟被全部吸附完。
实施例2
(1) 若干2cm×2cm的三聚氰胺泡沫（MS）材料（旭鲜实业（上海）有限公司）充分浸泡在浓度为2mg/ml的氧化石墨烯（GO）溶液中5s，取出后用离心法去除泡沫中多余的GO分散液，然后在真空烘箱中以80℃、真空条件烘干2h。
(2) 稀释的HI溶液水浴加热到90℃，然后把材料浸泡在HI（上海泰坦科技有限公司）溶液中还原5s，最后放入真空烘箱中以150℃、真空条件烘干1h，得到附着一定量石墨烯的泡沫材料，即石墨烯基材料（MS@RGO）。如图3，通过接触角实验，可见未附着石墨烯的三聚氰胺泡沫（MS）呈现亲水疏油的性能；附着石墨烯的三聚氰胺泡沫（MS@RGO）呈现亲油疏水的性能。随机称取10个块体泡沫材料，取平均值，得MS泡沫为0.5~0.8克。用10个随机选取的附着石墨烯的泡沫的质量减去同样数量的无石墨烯的泡沫的质量，取平均值，计算得知泡沫上附着的石墨烯质量为0.01~0.03克。将3克粘稠的原油放入装有500毫升海水的烧杯中，使用太阳光模拟器照射，光强为2 kW/m2，可观察到粘稠的原油逐渐变稀，最终变得像水一样。图5为原油温度随时间的变化曲线，可见在600秒时间内，原油温度升到70℃。向烧杯中加入4块MS@RGO泡沫，原油在1~10分钟被全部吸附完。油从泡沫中挤出后，泡沫还可以重复利用多次。如表1所示，在第一次吸附过程中，MS@ RGO泡沫的吸附容量为7243.3％，第二次到第六次仍然有很强的吸附能力，其吸附容量约为150~200％。
表1：MS @ RGO泡沫的可回收性
Figure 671047DEST_PATH_IMAGE001
注1，ma：挤出油后泡沫的重量和残留在泡沫上的残留物；注2，mb：挤出油之前泡沫和油的重量。注3，吸附能力可以定义为：挤出油之前泡沫和油的重量（mb）减去泡沫的重量和将油挤出后的泡沫上的残留物（ma）除以泡沫的重量和油挤出后留在泡沫上的残留物（ma）。计算公式如下：
Figure 260292DEST_PATH_IMAGE002
(1)
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种用石墨烯基材料回收高粘度泄漏原油的方法，其特征在于，具体步骤如下：
（1）将三聚氰胺泡沫MS材料浸泡在氧化石墨烯GO分散液中，数秒后取出烘干，得到MS@GO材料，再用还原法将MS@GO还原得到石墨烯基MS@RGO材料；
（2）搭建吸附泄漏原油平台，向烧杯中加入500~1000毫升海水，向海水中加入1~10克粘稠的原油，先通过光照使得海面上的黏稠原油温度升高到60℃以上，该光照过程使得原油黏度降低到100mpa·s以下，然后向海水中加入石墨烯基MS@RGO材料，实现海水体系中泄漏原油的充分去除和回收。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中，氧化石墨烯GO分散液的浓度为0.5mg/ml~3mg/ml，浸泡时间为1~60秒。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中，还原法中采用的还原剂是还原性酸或酚、肼类、金属氰化钠或活性金属中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中，光照的光源为人工照射灯。
5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，光照的光源为氙灯或太阳光模拟器。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括步骤（3）：对吸附原油后的石墨烯基MS@RGO材料利用机械挤压法或者离心法去除吸附的原油，待石墨烯基材料和原油分离后，石墨烯基MS@RGO材料循环重复用于步骤（1）。
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