近年来,频发的溢油事故对海洋生态系统和人类健康构成威胁。传统的溢油处理方法,如化学分散剂、原位燃烧和机械回收等,存在着二次污染、效率低下等问题。因此,开发高效、环保且可循环使用的溢油吸附材料成为当前重要的研究方向。
这一设计策略的核心包括两部分:首先垂直排列的高密度碳纤维具有粗糙的疏水表面和较低的曲折度,有利于减少油扩散阻力,并在强大毛细力的基础上促进重油的快速吸附。其次碳化棉织物和垂直排列的碳纤维因其优异的光吸收特性和良好的导电性,可实现出色的光热转换和焦耳热性能(图1)。
通过静电场的作用,碳纤维垂直地排列在碳化的棉织物基布上(图2)。碳化棉织物和碳纤维之间形成了许多开放和排列整齐的孔隙。HC-CEFF吸收器的低取向度增强了毛细管效应,降低流动阻力,提升了快速吸油能力。
通过不同光照强度和电压下的温度变化评估HC-CEFF的光热和电热性能。HC-CEFF@C3具有95%的宽带太阳吸收率。当太阳光强度为1 kW m-2,HC-CEFF在120 s内达到91.0 ℃。在5 V电压下,HC-CEFF@C3的温度逐渐升高并保持稳定,最高值分别为98.0 ℃(图4)。
最后,探究了HC-CEFF吸收器的重油吸附性能。在1 kW m-2的太阳光照和5 V的电压下,经过1 min,可收集15.44 g重油(收集速率为2,647 kg h-1 m-2)(图5)。
综上,受槐叶萍绒毛结构的启发,利用可扩展的静电植绒技术制备的热辅助织物基HC-CEFF吸收器,可以用于快速高效地吸收重油。HC-CEFF吸收器的高吸光性和电阻率带来了卓越的光热和电热效应,可有效降低重油粘度。具有开放式排列结构的生物启发太阳能加热和焦耳热纺织吸收器在高效、实用的重油回收方面具有较大的应用前景。


