文献综述
随着当今城市化进程的发展和人们生活水平的提高，含油废水的排放以及游船、油罐的泄露事故造成的环境污染越来越严重，对海洋、河流和造成了巨大的污染，越来越为人们所重视。80年代，相关机构对海洋污染进行了调差与评估发现油污染是海洋污染最严重的一部分。石油工业和石油化学工业都产生大量的废油，对环境造成了严重的污染。油类主要由碳和氢，也有少量的氮、氧、硫等元素组成，油层在水面浮油极易形成油膜，使水与空气隔绝，抑制光合作用，降低溶解氧含量，同时，溶解于水的油的分解要消耗水中的氧，使水中生物因水体缺氧而死，给丰富的海洋生物造成了巨大的灾难。如威廉王子湾的泄露事件中仅在一个月内，该区域就有大量生物死亡。在大家认识到漏油污染的危害后，人们致力于处理油类污染方法和材料的研究和开发。 废水污染了环境和生态系统，还严重威胁到了我们的生命健康。例如，墨西哥湾的大规模BP3漏油事件在2010年造成了对海湾地区的严重环境和经济影响]。一年后，2011年，蓬莱19-3油田的Conocophillips C平台泄漏至华北地区约6.56升的渤海湾。除此之外，来自工业过程的废水，如石油化工，食品，纺织，皮革和金属加工工业等也会在没有任何处理的情况下任意排放，导致持续的有害生态影响。为了解决这些问题，科学家和工程师们越来越关注油水混合物的分离研究，包括分层和乳化的油水混合物。 在含油废水中，油可以分为以下三类：游离油，分散油和乳化油。到目前为止，油水混合物的分离方法已逐步提出。最初，传统技术，例如离心机，撇油器，聚结器，磁分离，沉降池，重力分离，超声波分离，凝结，电场和浮选技术已被广泛用于分离含油废水。尽管如此，分离效率较低，能耗较高以及分离过程中的二次污染物限制了它们的进一步应用。因此，寻找解决这些问题的有效和经济的方法是一个巨大的挑战。 1997年，详细报道了荷叶上的层次结构和角质层蜡。此后，研究了其他天然生物如玫瑰花瓣，水稻叶，黄油翅，鱼鳞等的特殊湿润物质，并制造了许多用于处理含油废水的超级润湿材料。还研究了一些多孔超润湿材料，用于通过容易的方法从水表面吸收和去除各种油和有机溶剂，但是水和油都被吸收，并且还存在长的生产时间和低的效率和选择性在分离过程中。至于乳化油，由于油滴尺寸较小，用于油水分离的这些材料在一定程度上可能不适合乳液分离。然后，膜过滤技术被开发并用于以相对简单的制造过程和相当可观的排放质量来分离各种乳液。但值得注意的是吸附表面活性剂和油类引起的膜污染和孔隙堵塞的缺点直接导致通量和排斥率的明显下降。在此基础上，利用超疏水表面对油水混合物进行分离，应开发可行的方法，同时要求高流速，高选择性和优异的分离效率。特别是在过去的几十年中，制造了许多具有内在和明亮可湿性的超疏水表面。尽管分离不混溶和乳化混合物的影响因素不同，但表面的润湿性是决定性参数。 现在处理油类污染主要有以下三种方法：第一种方法是自然净化法，采用微生物对油进行降解，它的缺点是耗时较长。第二种方法是使用油凝结剂，在使用油凝结剂后，降低了油的表面张力，使得漏油由于凝结而容易处理，但是这种效果也不明显。这两种方法具有一个共同的缺点，通过这两种方法处理后的油都不能再次使用。第三种方法是用吸油材料处理。 传统吸油材料可以进行多种分类，若按制备的途径不同，可以分为天然吸油材料和合成吸油材料两类。若从吸油材料的原料分，可分为无机型和有机型，其中有机型吸油材料又包括天然型和合成型吸油材料，吸油材料若从吸油机理上分，吸油材料可分为吸藏型、胶化型和自溶胀型。若按照吸油材料的形貌可以分为片状类、粒状固体类、粒状水浆型、编织布类、包裹类、乳液类等。不同的吸油材料具有各自的吸油机理和应用性能，因此不同的吸油材料有着不同的领域。 高吸油材料能吸收不同的油性物质，对水面浮油和含油废水的处理效果明显。高吸油材料的网络结构与高吸水性材料的网络结构类似，具有吸油量大，吸油速度快等优点。高吸油材料对传统的吸油材料的缺点进行了针对性的改造，可通过高吸油性材料中的亲油基链段与油发生溶剂化过程，从而使得高吸油材料内部发生溶胀。由于高吸油材料中交联结构的存在，使得回收的油是包裹在材料的内部，由此达到吸油、储油的目的。高吸油材料具有密度小的优点，且高吸油材料只吸油，故此比较适合于水面浮油和含油废水的处理的回收。 高吸油材料是一种功能高分子材料，其性能有别于传统的吸油材料，不仅具有高效的特性，还要有吸油种类多、吸油速度快、吸油量大，在吸油过程中不吸水，使用方便和吸油后不漏油等优点，而且能有效回收水面浮油，对水具有净化作用。由于高吸油材料具有很好的工业开发前景，对于高吸油材料的研发越来越受到人们的关注，因此各国竞相研究开发。 多糖类吸油材料主要有改性纤维素类、改性淀粉类、改性壳聚糖类。都是具有来源广，易降解对环境无污染等优点的可再生资源，在大力提倡环保和资源紧缺的今天，以再生的多糖材料为基体，开发环境友好型吸油材料，是当今吸油材料开发的趋势。由于淀粉、纤维素、壳聚糖本身具有一定的吸油性能，是很好的吸油基体。直接用作吸油材料具有一定的缺陷性，如吸油量低、油水选择性差、保油率差等。如何对多糖类淀粉、纤维素、壳聚糖进行改性，克服材料自身的缺点，这也是开发多糖基吸油材料的难点。 到目前为止，各种方法已被广泛地使用用于分离油和有机污染物，包括水机械收集，受控燃烧，化学分散剂和使用吸水材料。但是，除了吸收剂材料，这些方式遭受成本高，耗时或二次污染的问题。所以，吸收材料被认为是作为完美的材料来处理油和有机污染物的低成本和易于移除和收集。特别是随着近年来胶体和界面科学的发展以及仿生学的发展，通过模拟自然界中各种植物和动物的特殊渗透表面特性制造仿生功能材料引起了油水分离领域的高度关注。与传统吸附材料相比，仿生3D超疏水和超亲油材料如无机材料，多孔聚合物，碳基复合材料和其他材料是从水中去除油的最佳选择。由于低成本，高吸收能力的优越性可压缩性好。 在仿生界面油水分离材料中，三维多孔超疏水海绵材料通常具有比较好的吸油能力。聚氨酯是具有氨基甲酸酯部分的各种聚合物。聚氨酯海绵的多孔结构可为相当大的油提供储存空间。同时，它具有极好的灵活性。因此，可以通过挤出来去除油脂,PU海绵可以多次的使用。商用聚氨酯（PU）海绵是一种有用的3D多孔材料，由于具有大的比表面积，其已经被作为连续的网络来制造超疏水性片材。低成本的PU海绵可以通过回收来生产在我们日常生活中广泛使用的海绵。PU海绵也表现出优异的弹性和高机械耐久性有利于从水中吸收油和有机溶剂。 但是，在它们获得进一步应用之前，应该克服一些缺点。例如，这些材料与环境不相容，原材料昂贵，生产过程复杂，条件苛刻，在油水分离过程中结构很容易被损坏。因此，用廉价的原材料开发3D超疏水和超亲油材料，制造工艺简单，性能优异灵活性和环保性已成为当务之急。 商业聚氨酯海绵是一种多孔性亲油性聚合材料，具有低成本、高吸附性能、高弹性和易于大规模生产等优点，近年来已成为制备超疏水超亲油油水分离材料的最佳材料。目前，超疏水超亲油聚氨酯海绵的制备主要是将低表面能物质、纳米粒子或纳米纤维构筑在聚氨酯海绵的骨架上面，常用的方法有溶液浸渍法、气相沉淀法、溶胶-凝胶法等。 本课题通过特殊改性聚氨酯海绵，使其拥有良好的超疏水超亲油能力，为油水分离领域提供实际应用价值。
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