成果简介
海洋石油污染修复仍然是一个世界性的挑战。虹吸作用为采油提供了一种自发、连续、低成本和绿色的途径。然而，由于石油运输的内部路径不足，它仍然受到石油采收率低的限制。在本文中，德克萨斯大学Guoping Xiong 、Ting-Nan Wu,等研究人员在《J. Mater. Chem. A,》期刊发表名为“Graphene petal foams with hierarchical micro- and nano-channels for ultrafast spontaneous and continuous oil recovery”的论文，研究通过等离子体增强化学气相沉积 (PECVD) 技术设计和制备了石墨烯花瓣泡沫 (GPF) 的撇油器，用于从油/水混合物中超快自抽油回收。
这种层次结构包含由相互连接的石墨烯网络和垂直排列的石墨烯花瓣（GPs）分别形成的微通道和纳米通道，以及从泡沫镍的三维互连结构继承的微孔，为石油运输提供了多个快速通道。这种撇油器在黑暗条件下采油率为135.2Lm-2h-1 ，而在1kWm -2的太阳辐照下，由于GP 具有出色的太阳能加热效果，该值增加到318.8Lm -2 h -1 。定量分析表明，68.8%的高采收率来自纳米通道和微孔，31.2%来自微通道。本文展示的GPF撇油器在快速自发和持续的油污清理方面表现出巨大的潜力。
图文导读
图1、 (a) 具有分级微和纳米通道的 GPF 示意图，用于高效的太阳能增强采油。(b) GPF 撇油器的 SEM 图像。插图显示了GPF撇油器的光学图像。用于石油运输的 GPF 撇油器中 (c) 微通道和 (d) 纳米通道的SEM图像。(e) GPF撇油器在干湿状态下太阳光谱内的吸收曲线。
图2、 (a) GPF 撇油器的油接触角和 (b) 水接触角测量值。(c) 在 GPF和GPs/Ni撇油器中，矿物油对重力随时间的上升。
图3、(a) 采油装置示意图。蓝色代表水。红色代表矿物油。油从左室的油/水混合物通过倒U形撇油器输送到右室。ΔH表示左右室油的上表面之间的高度差。(b) GPF 和 GPs/Ni 在不同条件下回收油的体积演化。(c) IR 图像显示 GPF在1个太阳下工作的表面温度变化。(d) 显示GPF在1个太阳下采油过程的光学图像。(e) 显示 GPF 在黑暗条件下采油过程的光学图像。(f) 显示 GPs/Ni 在1个太阳下采油过程的光学图像。
图4、 (a) 不同生长周期的GPF撇油器的平均输油率。(b) GPF撇油器在不同ΔH下的平均输油率比较。(c) 红外图像显示GPF撇油器在0.2、0.6、1和 2个太阳光照条件下工作 30 分钟的表面温度。(d) 矿物油的粘度随温度的变化。(e) GPF撇油器在不同太阳辐照强度下回收油的体积演变。(f) GPF撇油器的循环稳定性。测试在1个太阳下进行，Δ H = 40 mm。
小结
该工作提供了一种新的策略，通过结合分层的微通道和纳米通道来实现快速的油品传输，无需任何外部电源输入或复杂设备的辅助，也可应用于其他液体混合物的分离。进一步优化 GPs 的生长条件和 Ni 基体的几何参数，可能会进一步提高 GPF 撇油器的采油率，与传统的泵送式撇油器相当或相媲美。
文献：
https://doi.org/10.1039/D2TA00019A