科学家在“石墨烯涂层海绵”油水分离、防污染上取得重大突破

我们都知道海绵可以吸水,但是你知道吗?现在有一种海绵,可以只吸油不吸水.国立清华大学材料系戴念华教授率领了一群学生,利用世界上最轻薄的材料石墨烯,研发出可油水分离的海绵,未来预计可以用来清除海洋原油污染.这项发明日前登上GoogleSolveforX网站(SFX,通称「射月计划」),此平台专门刊载能有创新及突破技术,能有效率解决人类重大问题的方法,而这是台湾学术界的首例.

由于石墨烯材质本身具有疏水亲油特性,于是将石墨烯均匀涂在海绵上,加上海绵结构的孔隙,产生的毛细现象将可瞬间把油及有机溶剂吸走,一块小小的海绵可吸收本身重量九十倍的原油,并可以重复使用.不只是原油,一般汤头的油,或脸上的油理论上都可用同样的方式吸收,但戴念华认为,这项发明的重点在于环境保护,未来将应用于轮船翻覆时,在大规模扩散之前迅速吸收漏油,避免污染范围扩大造成环境灾害.

简单构想延伸出创新方法

神奇海绵的发明人为在清大纳米碳材料研究室的越南籍博士生Nguyen(阮)在研究石墨烯的相关技术,发现石墨烯有亲油及疏水性,但是必须让石墨烯依附在某个载体上,才有空间容纳吸收的油,于是才想到运用在海绵上,能够将液体吸收到孔隙里.前后大约花了半年的时间,成功将石墨烯跟海绵结合.

戴念华认为这个项目或许还有其他可发挥的空间,于是就找了一群学生接手继续研究.由于原理并不难,只要将石墨烯涂料用在海绵上,用实验室里的设备即可完成,于是同学皆能自行复制方法.博士生赖怡廷及大四生简明绅用计算机影像仿真了海绵如何在海水中自动吸油,及研究了要用怎样的器材才能把油挤出来,将一系列的技术汇整成一个影片,上传至GoogleSolveforX,完整地展现他们的研究成果.

阮先生表示,若要将石墨烯海绵的技术发挥得更有效率的话,主要是往加强有机溶剂分离的目标前进.石墨烯本身能油水分离,但是溶于水中的有机溶剂就不一定能像油一样轻易被吸走,因此接下来要把重点放在有机溶剂与水的化学分离,如此一来除了吸附油污以外,也更能吸收其他会对环境造成污染的化学药剂.

提升技术将效用发挥至最大

团队中还有一位印度籍的研究生ShivamGupta,他的硕士论文在研究其他「吸油不吸水」的材料,希望能发明类似于石墨烯海绵的工具,在这环保及石油产业中找出其他解决办法.赖怡廷及简明绅的专题论文同样继续研究石墨烯技术,跟着实验室里的同伴一起合作,将石墨烯海绵的作用提升至更上一层楼.

戴念华说,石墨烯海绵希望能运用在石油产业,由于轮船及油井漏油的事件屡见不鲜,若能让海绵收集这些漏油,除了能保护海域不被污染以外,也能经由分解重复再利用.目前已有几间石油公司联系,像中油就很有兴趣,也极为认同对于环境保护的想法,正在评估是否有进一步合作的空间.学生目前的实验是将原油倒在水缸中,用滚轴装置挤压出油,中油则希望能用在更大的场域中操作,若实际放在海洋的漏油中,用一样的装置是否也可达到同样的效果;不过尚缺乏适合的场所进行实验.倒是有人介绍戴念华跟其他石油公司联系,他们在运输的过程当中若有漏油问题,就可用石墨烯海绵试试是否像在实验室中有精准的效果.

为环境保护尽一份心力

由于石墨烯海绵的制作成本不高,以目前实验室设备放大粗浅计算,一片长宽高分别为三十、十、一公分的海绵,根据油的密度不同,单片可吸收最大到120倍重量的油,且成本只要二十几元,且海绵已申请到美国及台湾专利,要进入工业量产很容易,如果接下来顺利跟公司合作的话,这种石墨烯海绵将会是高效率、低成本的解决方法,因此除了得到GoogleSolveforX认同外,团队在2015的东元「GreenTech」国际创意竞赛中获得第一名,获得奖金四十万元新台币.