背景介绍
原油泄露会对生态环境造成长期灾难性后果。如何有效快速的处理泄露原油危机受到政府、企业、学术界的广泛关注。
处理泄露原油包括如下几个方面：1、控制原油扩散；2、在污染区域清除原油；3、回收泄露原油。在处理泄露原油方面采用的技术包括：1、设置围挡阻止原油扩散；2、用吸附剂去除原油；3、用分散剂辅助原油分散；4、在油水表面撇去原油；5、燃烧泄露原油；6、利用微生物降解原油。这些处理方法各有优势，往往采用多种方法共同应对原油泄露危机。
采用凝胶化方法固化原油是一种新型原油泄露处理方式，可以轻松+愉快的控制原油扩散，方便泄露原油的回收，受到研究者的广泛关注。这种方法采用的固化剂分为两大类：吸附剂和凝胶剂，前者通过吸附过程来固化原油，后者则通过凝胶化过程使泄露原油固化，凝胶剂一般通过物理作用形成超分子结构将原油固化。
如何将凝胶剂快速分散到泄露原油中是该方法实施过程中的关键问题。传统的方法采用液态凝胶剂，这种液体可以很快分散到原油中，但是需要采用大量有毒的溶剂，同样对生态环境造成严重影响。粉末状凝胶剂不需要采用有毒的溶剂作为载体，如何快速分散到泄露的原油中是粉末凝胶剂应用时的一个大问题，而且已有的研究存在凝胶化时间长、凝胶过程中需要搅拌、用量大、生物相容性差等诸多问题。
成果介绍
基于以上分析，印度理工学院的Yadav教授课题组合成了一种新型原油凝胶剂，与淀粉混合后形成一种粉末状原油固化剂，这种神奇的粉末可以快速、均匀地分散到原油中，当凝胶剂含量低至0.34％时，室温30 s内就能将泄漏原油固化，表现出超强的原油固化效率，而且具有生物相容性好、成本低廉的优势。这一研究成果为泄露原油的处理提供了一种有效的方法。
原油凝胶剂的化学结构
图1. 原油凝胶剂的化学结构，反应条件：(i) PBr3，AcOH，室温，4 h；(ii) NaH，DMF，ArOH，室温，6 h；(iii) NaOMe (催化剂)，MeOH，室温，1 h。
在对原油凝胶剂进行分子设计时，分子中的亲水和憎水基团要实现一种微妙的平衡关系，研究者以阿拉伯糖为原料，通过在分子中引入憎水基团得到了三种不同结构的凝胶剂：2a（1-（苯氧基）-β-D-阿拉伯吡喃糖苷）、2b（1-（2-甲氧基苯氧基）β-D-阿拉伯吡喃糖苷）和2c（1-（3-甲氧基苯氧基）-β-达拉宾吡喃糖苷）。
原油凝胶剂对原油的固化能力
图2. 在不同溶剂中加入2b后的凝胶照片。（a）苯；（b）煤油；（c）汽油；（d）柴油；（e）原油；（f）苯凝胶的FESEM图片。
研究者以各种石油馏分和原油为测试对象，对上述三种化合物的凝胶化能力进行初步筛选，发现2a和2c对测试对象完全没有凝胶能力，2b表现出良好的凝胶效果。
表1. 不同2b加入量时原油凝胶时间
研究者详细研究了2b对原油的室温固化能力。他们将不同质量的胶凝剂粉末添加到实验瓶中的2 mL原油中，倒置实验瓶检查原油的固化状态，如果原油能克服自身重力不往下流淌则认为实现了固化，记录凝胶化时间。发现当2b在原油中的含量为0.25％w/v时，需要约12小时原油才能形成胶凝，随着2b加入量的增加，原油凝胶时间显著下降，当加入量为2％时，原油在30 s内实现了瞬间固化。
原油凝胶剂/淀粉混合物的固化原油能力
表2. 不同固化剂/淀粉混合物可以固化的最大原油量
图3. 2b/淀粉混合物固化的原油照片。（a）GSB-1；（b）GSB-2；（c）GSB-3；（d）GSB-4
为了提高凝胶剂的生物相容性， 研究者将2b与淀粉进行混合制备出复合粉末进行原油固化研究，他们将不同比例的胶凝剂与淀粉混合，当混合粉末为24 mg时，研究了30秒可以凝胶的最大体积原油能力。发现当胶凝剂-淀粉比例为1：1时效果最好，能够在室温下不搅拌的情况下瞬间固化3.5 mL原油。他们认为淀粉的加入可以快速将凝胶剂分散到原油中，也可能存在其它与2b化合物的协同作用。
原油凝胶剂/淀粉混合物处理真实原油泄露的能力
图4. 粉末加入后原油相选择性凝胶照片。（a）原油与人造海水两相混合物；（b和c）分离固化的原油；（d）去除固化原油后剩余的人造海水。
研究者将1:1混合的2b和淀粉混合物用于海水中原油泄露的处理研究，以测试其在真实状态下进行泄露原油处理的能力。他们将70毫升原油倒入200毫升人造海水中，室温下加入0.5 g混合粉末，发现海水中的上层原油层瞬间凝固，可以轻松回收固化原油。
小结
为了快速高效的处理原油泄露，印度理工学院的Yadav教授课题组以阿拉伯糖为原料设计了一种超分子凝胶剂，他们将凝胶剂与淀粉混合制备出可以快速高效固化原油的神奇粉末，同时具有生物相容性好、成本低廉的优点。原油固化实验发现当凝胶剂与淀粉质量比为1:1时固化效果最好，在70毫升原油中加入0.5g粉末可以在室温下30s内快速固化，固化后的原油很容易实现回收。
原文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/CC/C9CC09943C#!divAbstract
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