俞书宏院士/合工大陆杨《AM》：解决海上浮油清除，还需“碰磁”

海上原油泄漏事故频发，例如2020年一艘日本油轮于毛里求斯东南部海域搁浅，1000万吨原油在海面泄漏，由于缺乏快速有效的处理方法，直接导致毛里求斯宣布进入紧急状态。尽管当前众多多孔吸附剂材料对低粘度油品具有优异吸附性能，但是由于海上原油的粘度高达103 -105mPa s，是普通轻质油的上百倍，导致这些吸附材料难以快速的吸附海面浮油。俞书宏课题组前期工作中（Nat. Nanotechnol. 2017, 12, 434-440.）设计并研制石墨烯功能化的多孔疏水亲油材料，在焦耳热效应的助力下大幅度降低海绵周围原油的粘度，实现对原油的快速回收。但是这种接触式加热方式不利于远程控制。利用远程可控的光热效应同样能够有效提升多孔材料对海上原油的回收速率。然而，光的穿透深度十分有限，无法将能量高效的传输到多孔材料的内部，难以实现对海上原油高效回收。因此，如何利用多孔材料实现可远程操控、安全高效的海上浮油回收仍然具有巨大挑战。

针对上述难题，合肥工业大学化学与化工学院陆杨教授课题组与中国科学技术大学俞书宏院士团队合作，设计并制备了一种疏水亲油的铁磁性海绵，在交变磁场的远程操控下，实现了水上高粘度浮油的高效连续性回收，相关成果以“Magneto-heated ferrimagnetic sponge for continuous recovery of viscous crude oil”为题发表在近日的《先进材料》（Adv. Mater. 2021, 2100074）上。

该团队以商用海绵为模板，采用简便的PDMS溶液浸渍法，将铁磁性方形氧化铁涂覆在海绵骨架表面，制备了具有超疏水亲油性的铁磁性海绵。这种铁磁性海绵能够快速响应交变磁场的远程刺激，整体迅速升温，可原位大幅度降低原油的粘度，加速原油进入孔道的速度（图1）。基于磁性材料的宏观制备与溶液体积放大的浸渍法，该团队实现了铁磁性海绵的大尺寸制备；在交变磁场的刺激下，该铁磁性海绵的表面温度在10秒内达到了120度；此外，该团队基于该海绵连接的自吸泵设计了一种高粘度原油连续回收装置，在交变磁场的远程操控下，实现对原油的快速连续性回收（33.05 g h-1 cm-2）。这种远程操控式的磁热辅助多孔材料不仅为海上浮油的回收提供了新的策略，而且拓展了具有快速响应速度的磁性组装体在实际中的应用方向。

图1磁热效应助力铁磁性海绵快速回收海上高粘度浮油示意图。

论文的第一作者是合肥工业大学博士生宋永红和中国科学技术大学博士生施露安。通讯作者为合肥工业大学陆杨教授和中国科学技术大学俞书宏教授。本工作得到了科技部重点研发计划及国家科学自然科学基金等基金的资助。