Yüksek viskoziteli ham petrolün su yüzeyinde sürekli adsorpsiyonunda ve temizlenmesinde ilerleme
Profesör Shuhong Yunun Hefei Ulusal Mikro Ölçekli Fiziksel Bilimler Laboratuvarı ve Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi Kimya ve Malzeme Bilimi Okulu'ndaki grubu, yüksek viskoziteli kaygan yağ adsorbanlarının tasarımında çığır açarak Joule ısıtma etkisini gözenekli hidrofobik ve lipofilik yağ emici malzemelere ilk kez kattı. Su yüzeyindeki ham petrolün viskozitesini hızla düşürebilen grafen işlevselleştirilmiş bir sünger montaj malzemesi ve ortamda sızan ham petrolün sürekli olarak toplanması için bir toplama cihazı tasarlandı ve geliştirildi, bu da yüksek viskoziteli yüzen petrolün yağ emici malzeme tarafından adsorpsiyon hızını büyük ölçüde artırarak yüzen petrolü önemli ölçüde azaltıyor. Yağ temizleme süresi. Sonuç, Joule ısıtmalı grafen kaplı sünger, viskoz ham petrol sızıntısının hızlı bir şekilde temizlenmesini sağlar ve 3 Nisan'da Nature Nanotechnol dergisinde (Nat. Nanotechnol. 2017, DOI: 10.1038 / NNANO.2017.33. Ön Kapak).
Ham petrolün denize sızması sadece ekolojik çevreye felaket zarar vermekle kalmadı, aynı zamanda büyük ekonomik kayıplara da neden oldu. Ancak ham petrol sızıntısı ile oluşan yüzey yağ tabakası geniş alan, ince yağ tabakası ve yüksek viskozite özelliklerine sahiptir ve bununla etkili bir şekilde başa çıkmak için geleneksel teknoloji ve malzemeleri kullanmak zordur. Petrol patlaması işbirliği ile yağ sıyırıcıları tarafından işlenebilecek petrol tabakası alanı çok sınırlıdır ve geri kazanılan kaygan petrolün su içeriği büyüktür; dispersan, dispersanı ham petrol sızıntısı alanına yayarak su kütlesine ancak bir kısmını dağıtabilir. Ham petrol emülsiyon partikülleri, deniz yaşamının yaşam ortamını tehdit etmeye devam edecek; petrol tabakasının doğrudan tutuşması ciddi hava kirliliğine neden olacak ve aynı zamanda petrol tabakası sızıntısı alanında hipoksiye neden olacaktır. Son yıllarda, gözenekli hidrofobik ve lipofilik malzemeler, düşük maliyetleri, yüksek yağ-su ayırma verimliliği, basit çalıştırma ve çevre dostu olmaları nedeniyle yavaş yavaş araştırmacıların ilgisini çekmiştir. Bununla birlikte, gözenekli hidrofobik ve lipofilik malzemeler sadece düşük viskoziteli yağlar için yüksek adsorpsiyon etkinliğine sahiptir ve su yüzeyindeki ham petrol sızıntısını temizlemek ve geri kazanmak çok zordur. Ham petrolün viskozitesi nispeten yüksek olduğundan, hatta düşük viskoziteli ham petrolün viskozitesi, sızıntıdan sonra sadece birkaç saat içinde yüzlerce kez artacaktır, bu da gözenekli hidrofobik ve lipofilik malzemelerin içerideki kaygan yağı hızla emmesini ve gözenekliliği azaltmasını zorlaştırır. Hidrofobik ve lipofilik malzemelerin kullanım oranı ve kaygan temizliğin hızı. Bu nedenle, açık deniz petrol tabakası temizleme alanında gözenekli hidrofobik ve lipofilik malzemelerin geniş bir şekilde uygulanmasını teşvik etmek için, gözenekli hidrofobik ve lipofilik malzemelerdeki yüksek viskoziteli kaygan yağın yavaş difüzyonu sorununu çözmek acildir.
2012 yılından bu yana, Shuhong Yunun ekibi, yüksek performanslı karbon bazlı montaj yağı emici malzemelerin tasarım ve hazırlama yöntemleri konusunda sürekli araştırma yürütmektedir. Grafenin Joule ısıtma etkisini ve grafenin hidrofobik ve lipofilik özelliklerini ilk kez gözenekli yağ emici malzemelere entegre ettiler ve yerinde ısıtma ve yağ-su ayırma işlevlerine sahip grafen işlevli bir sünger tasarladılar ve aynı zamanda yüksek yağ-su ayırma verimliliğini korudular. , Gözenekli hidrofobik ve lipofilik malzeme ile yüksek viskoziteli yüzen petrolün adsorpsiyon hızını büyük ölçüde geliştirir (Şekil 1). İlk olarak, ticari süngerin yüzeyini grafen kaplamayla eşit şekilde kaplamak için santrifüj destekli daldırma kaplama teknolojisini kullandılar Sonuçta ortaya çıkan grafen ile modifiye edilmiş sünger sadece iletken değil, aynı zamanda hidrofobik ve lipofilikti. Grafen ile işlevselleştirilmiş bu süngere voltaj uyguladıktan sonra, üretilen Joule ısısının, temas halindeki ham petrolün sıcaklığını hızla artıracağını, bununla temas halindeki ham petrolün viskozitesini etkili bir şekilde azaltacağını ve böylece grafendeki ham petrolü artıracağını buldular. İşlevselleştirilmiş süngerin içindeki difüzyon katsayısı nihayet grafen işlevselleştirilmiş süngerin yüksek viskoziteli ham petrolü su üzerinde hızlı bir şekilde adsorbe etmesini sağlar (Şekil 2). Elektrik enerjisinin kullanım verimliliğini artırmak için, ısıtma alanını grafen fonksiyonlu süngerin alt kısmı ile sınırlandırdılar.Üst katmandaki sünger ve su yüzeyindeki yüzen petrol, ısının havaya ve suya yayılmasını kolaylaştıran ve ham petrole ısı transferini iyileştiren bir ısı yalıtım katmanına eşdeğerdir. Verimlilik (Şekil 3). Bu sınırlı ısıtma tasarımı altında, güç tüketimi% 65,6 azaltılır, grafen tüketimi% 50 azaltılır ve yağ emme süresi, normal sıcaklık grafen süngerinin yalnızca% 5,4'üdür. Ek olarak, bu Joule ısı destekli gözenekli hidrofobik ve lipofilik malzeme yağı emme teknolojisinin endüstriyel üretime ulaşabileceğini kanıtlayan bir dizi elektrot tasarımı da önerdiler. Bu dizi elektrot tasarımı, geniş alanlı grafen ile modifiye edilmiş süngerlerin, daha düşük bir enerji verme voltajında bile çok yüksek bir sıcaklığa ısıtılmasını sağlar ve bu, gelecekte teknolojinin ticarileştirilmesi için büyük önem taşır.
"Nature-Nanotechnology" dergisinin eleştirmeni, "Bu hikaye çok ilginç. Ham petrolün viskozitesini azaltmak ve ham petrolün adsorpsiyonunu mümkün kılmak için ısıtmanın kullanılması gibi birkaç akıllı fikir var." "Makalede bildirilen araştırma Sonuçlar, Joule ısı destekli grafen ile modifiye edilmiş süngerlerin uygulanmasını sağladı. Bu yeni ve ilginç bir çalışmadır. "Bu araştırma, grafen modifiye süngerlerin yerinde ham petrolün viskozitesini düşürmesini sağlamak için grafenin Joule ısıtma etkisini kullanır ve böylece Ham petrolün sudan çıkarılması. Bu fikir çok özgün ve yenilikçi. "
Nature Nanotechnology dergisinin Haberler ve Görünümler sütunu Petrol sızıntısı geri kazanımı: Grafen ısıtıcılar daha hızlı emilir başlıklı bir yorum yayınladı ve şu yorumu yaptı: "Petrol reolojisinin yerinde düzenlenmesi ve hızlı petrol temizlemenin nihai olarak gerçekleştirilmesi orijinal bir kavramdır. Su yüzeyinde yeni bir yüksek viskoziteli petrol tabakası çağı. Benzer stratejileri kullanarak, gelecekteki akıllı kompozit malzemelerin emülsifiye edilmiş yüksek viskoziteli petrol ve su altı süper ağır petrol veya asfaltı da emebileceğini hayal edebiliriz. "Nature" dergisi Research Highlights'da Sütunun başlığı Sıcak grafen süngeri yağı hızla temizliyor ve bu çalışma araştırmanın öne çıkan kısmı olarak seçildi. Çalışma, Mayıs ayında bir kapak sayfası olarak resmi olarak yayınlanacak.
Bu araştırma, kaygan yağ adsorpsiyon malzemelerinin tasarımı için yeni bir yol açmaktadır ve yüksek viskoziteli kaygan yağın gözenekli hidrofobik ve lipofilik malzemeler tarafından yavaş adsorpsiyon problemini çözmektedir.Ham petrolün viskozitesini düşürmek için ara yüzey ısıtma için orijinal teknoloji petrokimya endüstrisinde önerilmektedir. Ayrılık alanı ayrıca geniş uygulama olanaklarına sahiptir. Bu araştırmada önerilen grafen ile ısıtılabilen ve işlevsel hale getirilebilen sünger montaj malzemesi, malzeme ve yapıyı optimize ettikten sonra maliyeti ve güç tüketimini daha da azaltabilir.Gelecekte açık deniz petrol sızıntılarının arıtılmasında yaygın olarak kullanılması beklenmektedir.
Bu çalışma, Çin'in Yenilikçi Araştırma Grubu Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı, Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı, Çin Bilimler Akademisi'nin Anahtar Sınır Bilim Araştırma Projesi, Çin Bilimler Akademisi Bilim ve Teknoloji Hizmet Ağı Projesi, Ulusal Büyük Bilimsel Araştırma Projesi, Suzhou Nanoteknoloji İşbirliği Yenilik Merkezi ve Çin Bilimler Akademisi Nanobilim Mükemmelliği tarafından desteklenmiştir. İnovasyon Merkezi, Hefei Üniversitesi Bilim Merkezi Mükemmeliyet Kullanıcı Fonu ve merkezi üniversitelerin temel bilimsel araştırma operasyonları için özel finansman.
Şekil 1: Joule ısı destekli grafen ile modifiye edilmiş sünger, yüksek viskoziteli yağ tabakasını hızla emer
Şekil 3: Grafen sünger sıcaklık dağılım alanının güç kullanım verimliliği üzerindeki etkisi. a) Aynı enerjili güç altında farklı elektrot yapılarına (GWS-x) ve grafen kaplamalara (GWS-MS-x) sahip grafen modifiye süngerlerin sıcaklık dağılım alanı simülasyon sonuçları. b. Şekil a'ya karşılık gelen deneysel sonuçlar. c. Grafenle modifiye edilmiş bir sünger yağı emme hızı test cihazının şematik diyagramı. d) Aynı giriş gücü yoğunluğu altında, elektrot yapısının etkisi ve grafen kaplamanın grafen modifiye süngerin yağ emme oranı üzerindeki dağılımı. e. Farklı elektrot yapılarına ve grafen kaplamalara sahip grafen ile modifiye edilmiş bir süngerin dayanabileceği maksimum enerjili güç. f. Isıtma bölgesinin kalınlığı düzenlenir. g. Farklı sıcaklık alanlarına sahip grafen ile modifiye edilmiş süngerlerin yağ emme süresi ile giriş elektrik enerjisi arasındaki ilişki. h) Yağ emilimi sırasında grafen modifiye süngerin (GWS-MS-10-Pmax) ısı transferi simülasyon sonuçları.
