终结海洋中泄露的甲烷气体―超疏水多孔材料显神通

温室气体的释放加剧了全球变暖现象。与相同质量的二氧化碳相比,甲烷的温室效应是二氧化碳的25倍。因此,减小自然界和人类生产生活中甲烷的释放势在必行。为了抑制陆地上甲烷气体的释放,科研工作者提出以多孔材料,如活性炭、沸石、金属-有机骨架结构、微孔配位聚合物等,选择性吸附甲烷气体。然而对于海洋中的甲烷泄露,这些材料的孔隙由于亲水的特性会立即被海水填充,从而失去吸附甲烷的能力。

超疏水材料是最近十年以来开发的特殊浸润性材料。随着科研工作者对这类材料的深入研究和理解,最近中国科学院化学研究所的江雷研究员和苏彬副研究员开发了一种具有宏观多孔结构的超疏水材料。将普通商用海绵浸渍到含有聚合物和疏水纳米粒子的氯仿溶液中,待有机溶剂挥发后即可在海绵表面和孔内形成约10微米厚的超疏水涂层。这种多孔超疏水材料展现出空气中超疏水、水下超亲气的性能,与江雷研究员提出的“阴阳二元理论”相一致。

基于材料排斥海水/吸附甲烷气体的特殊性质,该课题组开发了特异性吸收从海底泄露的甲烷气泡的方法。实验中,从海水底部溢出的甲烷气泡一旦遇到超疏水海绵,立即就被海绵吸收,从而实现了海水中甲烷气泡的快速收集。除此之外,如果将一根导管与泡在海水中的超疏水海绵相连接,由于导管内外水压的差异,则经过海绵吸收的甲烷气泡会被源源不断的通过导管传送到陆地去,从而实现了“变废为宝”的节约经济学理念。

这一令人振奋的实验的结果为解决自然环境中和人类海下天然气开采过程中出现的甲烷泄漏事件带来新的希望,同时这项技术也可以应用于水中气体的定向输运。由于该研究中超疏水涂层的制备简单、廉价而且非常易于操作,因此该技术有望在海下天然气开采,以及处理湖泊、河流等水体的甲烷泄露中获得实际应用。