油污污染是海洋生态安全与城市水环境治理面临的突出难题之一。
无论是海上溢油事故,还是餐饮、工业等环节产生的含油废水,一旦处置不当,容易造成水体富油化、破坏生物栖息环境,并对公众健康与沿海产业带来连锁影响。
尤其在原油黏度高、温度低或油水混合复杂的条件下,常规分离手段往往“分得慢、耗得多、成本高”,治理效率与可持续性面临双重考验。
从问题本身看,高黏度油类流动性差,难以在短时间内完成分离与回收。
传统的重力分离、过滤、浮选等工艺在处理此类油品时,往往需要更长停留时间或更复杂的设备配置;一些材料吸附路线虽能提升分离效率,但常依赖外部加热降低黏度或促进传输,带来能耗上升与现场适用性受限等现实矛盾。
在“双碳”目标与绿色治理要求不断强化的背景下,兼具高效吸油、低能耗运行、循环使用与环境友好特性的材料与技术,成为油水分离领域的重要攻关方向。
围绕这一痛点,海南大学化学化工学院副教授高助威团队提出以可再生生物质资源替代部分传统材料来源的思路,选择日常常见的山药作为碳源开展研究。
山药富含多糖与蛋白质,具备形成多孔骨架的天然基础。
团队通过冷冻干燥与高温碳化等工艺,在保留其蜂窝状多孔结构的同时,实现由天然组织向三维碳网络的转化,使材料同时具备多级孔道结构与光热响应潜力。
随后,研究人员采用聚二甲基硅氧烷进行表面疏水改性,构建类似荷叶效应的微纳粗糙界面,进一步提升材料对油相的亲和与对水相的排斥能力,从而强化油水分离表现。
从影响层面看,该材料的创新点集中体现在“结构—功能—场景”三个维度的耦合:其一,多级孔道为油品吸附与输运提供通道和容量,有利于提升单位时间的吸附速率;其二,光热转换能力使材料在光照条件下能够实现自加热效应,有助于降低高黏度油的黏度、改善流动与回收过程,从而减少对外部能源的依赖;其三,材料在机械强度、化学稳定性、耐高温等方面表现较好,并具备一定自清洁与阻燃特性,意味着其在复杂水体、不同油品及重复使用条件下具备更强适配性。
研究团队在模拟海洋溢油与生活含油废水治理场景中验证其应用潜力,显示材料可支持快速吸附与连续回收,并具备重复使用的可能。
就对策与应用路径而言,推动此类成果走向实际治理,需要在工程化与标准化方面同步发力。
一方面,可结合海上应急处置、港口水域维护、餐饮废油处理等需求,探索模块化回收装置与材料组合的应用模式,形成“吸附—回收—再生”的闭环流程;另一方面,应针对不同油品黏度、盐度、温度与杂质体系开展更贴近真实环境的验证,评估长周期运行中的性能衰减与再生效率,并完善安全与环保评估。
与此同时,材料来源的可再生性与制备过程的能耗、成本结构,也将决定其规模化推广的经济可行性。
展望未来,生物质基功能材料在环境治理领域的价值正加速显现。
从“以废治污”“以自然材料替代高负荷工艺”的路径出发,将生物质的天然结构优势与现代材料改性技术相结合,有望在油水分离、污染应急、资源回收等方向形成更多低碳解决方案。
随着相关技术在制备工艺优化、装备集成与应用标准方面不断完善,此类材料有望为海洋生态保护、城市水环境治理以及资源循环利用提供更具可持续性的选择。
山药从餐桌走向实验室,从食材转化为环保材料,这一从生活到科学、从传统到创新的转变,深刻体现了现代科技服务于生态文明建设的初心。
海南大学的这项研究不仅为油污染防治提供了新的技术思路,更为生物质资源的高值化利用树立了良好示范。
面向未来,如何将这一科研成果尽快转化为生产力,实现从实验室到应用现场的跨越,需要产学研各界的协同推进。
在全球共同应对气候变化和生态危机的当下,每一项看似微观的材料创新,都可能成为改善环境、造福人类的重要力量。