作品名称： 　　　油水分离及油的回收　　 　　

单　  位：　　　　　工程科学学院　 　　　　

团队成员： 王宇龙 章振 张迎辉 （硕士研究生）

指导老师：　　　　　李国强 吴东　 　　　　

类　  别：　　  　　　科普展教品　　　　　 

2016年9月8日

背景：随着石油工业的发展，由于工业排放含油废水、海上石油事故等造成的石油污染也越来越严重。因此对油水混合物的分离也成为一个全球性议题。那么如何制备具有油水分离功能的材料呢？经过大量的研究表明，我们需要对材料表面的化学成分和结构进行处理，使其对水及油表现出不同的亲和性，从而达到分离的效果。在这里，我们采用了飞秒激光打孔技术对铝箔进行加工，得到微纳米级的孔状结构，使其获得对油与水不同的亲和力，这样就可以对油水混合物起到一个过滤效果，从而实现油水分离功能。

功能展示：

图1：加工铝箔的结构及性能表征

通过飞秒激光打孔技术对厚度约25的铝箔进行一步成型，得到图1中的微孔阵列结构。我们可以看到光学照片（图1（a））中灰色区域即为加工的部分；图1（b）是扫描电子显微镜观察下的加工铝箔，可以发现其具有规则的方形阵列孔状结构；图1（c）是对单个孔的放大表征。中间三张图（d）（e）（f）为对加工铝箔在不同观察角度下结构色的变化。图1（g）为在空气中将水滴到加工铝箔上水的形态，可以看到水在表面几乎铺展开来，这种特性可称为超亲水；图1（h）向我们展示的是在水环境下，密度低于水的正辛烷（，一种轻油）几乎不润湿铝箔，呈现接近圆球的形状，因此表现为水下超疏油特性；图1（i）同样是在水环境下，密度高于水的1,2-二氯乙烷（，一种重油）也几乎不能润湿铝箔表面。通过（g）（h）（i）三张图可以看出加工的铝箔对水比油表现出了更好的亲和力。

图2：实现重油和轻油与水的分离实验

如图2所示，通过飞秒激光打孔技术获得的具有孔状结构的铝箔，向我们展示了其优越的油水分离功能。图2（a）的两张图通过对液体进行染色可以清楚地显示出油水混合时的状态。图2（b）为加工铝箔的油水分离功能模拟图。图2（c）为实验中正辛烷与水的实际分离结果，可以看到染色（蓝）后的水能够通过铝箔，而染色（红）后的正辛烷能很好地被阻挡在铝箔之上，表现出优越的分离特性。具体实验过程见附件视频1。由于重油密度高于水，无法通过重力作用实现分离，因此将玻璃管两边开槽，贴上铝箔，使水能够从两侧分离出去，模拟图如图2（d）所示。图2（e）向我们展示了实验效果图，同样可以看到染色（蓝）后的水能够通过铝箔，而染色（红）后的1,2-二氯乙烷很好地被保留在玻璃管中，实现了重油与水的分离。实验过程见视频2。

图3：油水分离以及油回收

随着石油的不断开发和消耗，油资源变得越来越稀少。在完成水污染治理的同时，如何对油资源进行回收，成为一个新的课题。图3为连续的油水分离以及油回收实验。如图3（a），可以通过对加工铝箔进行低表面能修饰改性，实现铝箔对油以及水的亲和力的转变，使得铝箔从超亲水特性转变为超疏水。图3（b）为实验的模拟图，左边一片铝箔对水表现出更高的亲和力，因此能使水通过；右边一片改性后的铝箔对油表现出更好的亲和力，可以使油通过。图3（c）为实际的实验结果，可以发现油水混合物通过不同的过滤网，能很好实现油与水的分离。实验过程见视频3。

总结：在本次的油水分离展示中，我们通过飞秒激光加工技术，对铝箔表面进行扫描打孔得到具有微纳米结构的过滤网。该种加工方法具有一步成型、操作简单快捷、环境友好等诸多特点，是一种先进的加工微纳米结构的技术。经过加工的铝箔展示出了极为优越的油水分离特性，油水分离的效率可高达99%以上。在本次展示中加工区域为，13s就能处理2ml的轻油与水的混合物，31s处理2ml的重油和水的混合物，28s便可进行油的回收。因此设想一下，加工一平方米的过滤网，不到一小时便能处理超过100吨的油污，展现出极为强大的功能。因此这种加工材料在油污处理、环保、油重复利用方面有着极为广阔的应用。

视频1：正辛烷与水的分离实验

视频2：1,2-二氯乙烷与水的分离实验

视频3：连续分离与油的回收实验