溢油事故的频繁发生，不仅导致经济损失和资源浪费，还严重危害了生态环境和海洋生物的安全。为了吸附和回收泄漏的原油，人们已经采取了各种措施，但现有的方法往往会消耗大量的资源和人力。

  具有疏水亲油和可压缩回弹特性的多孔吸附材料非常适用于原油清理与回收，且不会对环境产生不良影响。但是，由于原油的高粘度和低流动性，很难被多孔材料快速地吸收，大大降低了材料多原油的吸附效率。此外，多孔材料出色的吸附性能和原油的强附着力，也会使吸附在材料内的原油在室温下很难被排出。据报道，原油具有优异的温敏特性，即可以通过加热来降低原油的粘度，提高原油的流动性。因此，利用太阳能辅助具有光热效应的吸附材料，实现高效光热转化加速原油吸收成为了研究热点。

  目前，兼具疏水、可压缩回弹和光热效应特性的多孔吸附材料大致可分为三类：一是合成碳基多孔材料，这类材料性能优异，但制备繁琐，成本过高；二是改性商业海绵，这类材料大多性能优异，但是不能兼具绿色、环保等特点；三是表面改性的天然生物质材料，这类材料具有绿色环保、天然可降解的特点，是一种理想的吸附材料。但目前存在的生物质吸附材料，多为硬质易碎材料，且制备工艺相对复杂，限制了其使用。因此，制备一种具备低成本、高原油吸附的生物质吸附材料成为一大挑战。

油墨改性植物纤维海绵制备和原油回收示意图

  最近，福建工程学院材料院陈汀杰副教授课题组在Journal of Hazardous Materials期刊上发表了以“Solar-Assisted High-Efficient Cleanup of Viscous Crude Oil Spill using an Ink-Modified Plant Fiber Sponge”为题的研究论文，彭响方教授和陈汀杰副教授为通讯作者，硕士生刘智勇与本科生陈梦瑶和林澈为共同第一作者。本研究制备了一种具有较强的机械稳定性和疏水性的聚二甲基硅氧烷（PDMS）包裹油墨改性的植物纤维海绵（PFS@GC@PDMS）。制备得到的PFS@GC@PDMS表现出良好的可压缩性、疏水性（141^°的水接触角）、吸光性能（>96.0%）和吸油能力（12.0-27.8 g/g）。在光热效应的作用下，PFS@GC@PDMS能够显著降低原油的粘度，对原油的吸附速度比无光照条件下提升了25倍，大大提高了对原油的吸附和回收效率。

图1. PFS@GC@PDMS海绵的制备流程、结构及形貌

  研究首先以膨胀石墨和炭黑为原料，与白乳胶混合，通过物理球磨的方法，制备得到了一种水性的石墨基油墨。然后，以合成的油墨作为粘结剂，添加到植物纤维发泡材料的制备流程中，通过机械搅拌发泡的方法制备得到了具有光热效应的油墨改性植物纤维材料。最后，采用PDMS改性该材料，制备得到具有疏水、可压缩回弹和光热转化性能的PFS@GC@PDMS海绵。该材料具有疏松多孔结构，包含微米级和毫米级的孔隙。这种分级多孔结构形成的孔隙，毛细管效应强，有利于原油的吸附（如图1）。

图2. PFS@GC@PDMS海绵的力学性能

  PDMS改性提升了PFS@GC@PDMS材料的结构韧性和稳定性，材料最大可以承受60%的应变压缩。在50%应变压缩回弹实验，证明PFS@GC@PDMS具良好的形变恢复能力，能够承受5000个循环压缩后而不被破坏（如图2）。

图3. PFS@GC@PDMS海绵光热转化效果及对原油的吸附情况

  研究表明，PFS@GC@PDMS海绵具有优异的光热效果，在一个太阳光的照射下，材料表面的温度可以在5 min内从室温（20℃）上升到68℃。且材料还有较好的温度传导能力，可以将表面的热能传到材料底部。在一个太阳光的照射下，材料的上下表面温差仅为23℃，即对于一块厚度为 8 mm的材料，材料底部的温度可达到45℃。因此，在光热效果的作用下，PFS@GC@PDMS能够显著降低原油的粘度，对原油的吸附速度比无光照条件下提升了25倍（图3）。将PFS@GC@PDMS海绵与微型隔膜泵相连，在光热的辅助下，它能从油水混合液中将油污持续地吸附和回收（图4）。

图4 利用光热效应对原油的吸附

  总结：作者合成了一种水性石墨基油墨，用其制备具有光热效应的油墨改性植物纤维复合材料。在PDMS改性后，制备得到了具有可压缩回弹和光热效应特性的疏水PFS@GC@PDMS多孔吸油材料。利用光热效应辅助作用，可以将其用于吸附并回收海上泄漏的原油，为电力或阳光充足的近海地区所泄漏的原油回收提供了一个可行方案。

  文章信息：Zhiyong Liu, Mengyao Chen, Che Lin, Fuying Li, John Tosin Aladejana, Jiahui Hong, Gang Zhao, Zipeng Qin, Xiaowang Zhu, Weijie Zhang, Dinggui Chen, Xiangfang Peng*, Tingjie Chen*, Solar-assisted high-efficient cleanup of viscous crude oil spill using an ink-modified plant fiber sponge. 2022, 432: 128740.

  https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2022.128740