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一种可应用于北极海冰条件下的吸油材料

美国能源部(DOE)的西北太平洋国家实验室(PNNL)的研究人员对锯屑进行化学改性使其特别吸油和易浮,它具有在冰冷、湍急的北极水域清理石油泄漏的理想特性。这种无毒材料在油中可吸收高达其自重的五倍,且能保持漂浮至少4个月。

“当今大多数石油修复材料是为温水使用而设计的。”PNNL微生物学家George Bonheyo这样说道,“但随着北极海冰的消融,化石燃料开发商把目光投向了北极。我们需要在极端条件下表现良好的新的漏油应急方法。”George Bonheyo是PNNL海洋科学实验室改性锯屑开发的负责人,也在华盛顿州立大学生物工程学院联合任命。

PNNL微生物学家George Bonheyo展示了原始的锯屑材料(左),以及在化学改性后的锯削(右)是如何吸油、漂浮及其品质,它是清理北极石油泄漏的理想材料。

“北极地区漏油的风险是真实存在的。”参与了这个项目的PNNL微生物学家Robert Jeters说,“如果意外发生,我们希望所用的材料像我们的改性锯屑那样可以提供帮助”。

在冰冷的水域中出现漏油是特别棘手的,因为浮冰块可以将油推到水面以下,使其难以收集。同样的,对于汹涌的水流,高高的巨浪把石油分散开。

改性锯屑有双重任务。除了吸收油,它还增强了另一种方法来应对石油泄漏―控制燃烧法。如果变化的天气或潮汐使泄漏的油向敏感区域快速移动,油可以在它引起进一步的危害前燃烧。原位燃烧的这种方法可以显著减少水中含油量,且把对环境不利的影响降到最低。

Bonheyo和他的团队想开发出一种环保和便宜的材料,可以漂浮在汹涌或冻结的水域并支持原位燃烧。如果急救人员无法从水中回收该材料,则不希望产生更多的污染。Bonheyo的团队考虑了其它天然成分如稻壳和二氧化硅。但最好的选择被证实是一种称为木粉的细粉尘,它是一种木工副产品,通常用于制造木材复合材料。


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为了使粉尘变成一个干渴的油拖把,研究人员将植物油的成分通过化学方法附着到该材料的表面。这些附着物使改性材料吸油和防水,产生轻质、蓬松、漂白的粉末。该团队还正在尝试向粉末的表面添加微小的、食用油的微生物(真菌和细菌),以便任何遗留的材料随着时间的推移自然地分解剩余的油。

应用改性锯屑很简单,在水面上喷洒薄层覆盖着油即可。该材料立即开始吸收油,创造一个浓缩和固体浮油,由于材料天然的浮力使其保持漂浮。这种吸油的材料随后就可以被燃烧或被回收。

该团队使用PNNL在华盛顿州斯奎姆的独特的北极模拟实验室,在冰冷的水域中评估这种材料。实验室的设施是一个定制的集装箱,它可以冷却到5°F,促使研究人员在工作时要穿上雪地车服和滑雪面罩。这些低温导致集装箱内容纳290加仑水的管道池的循环水表面上形成冰泥。把油洒在这个泥泞的表面上,然后再撒上改性锯屑。实验表明,该材料的防水性能防止冰在其上形成,使其吸收油并保留在表面。


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研究人员还在测试该材料在控制燃烧中的表现。他们最近在美国海岸警卫队和海军研究实验室的联合海事测试设施(阿拉巴马州,莫比尔)附近进行了初步焚烧。今天,在PNNL的海洋科学实验室继续进行燃烧测试。早期的结果表明,少量的该材料可以燃烧薄层和厚层的泄露石油。

在接下来的几个月中,PNNL将进一步评估改性锯屑,在用于实际的石油泄漏之前,将需要额外的测试以及通过多个机构的批准。PNNL正在为美国内政部环境执法安全局(BSEE)开发该材料。BSEE是个联邦政府机构,负责提高安全性和确保与海上能源行业相关的环境保护,主要针对美国外大陆架的石油和天然气。

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