一种纵向分布海洋溢油吸附材料及其制备方法和模拟装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于环境模拟领域，具体的说，是涉及一种利用梯度法去除海洋溢油的吸附材料及其制备方法，和不同层次纵向梯度海水环境的溢油吸附模拟装置。
【背景技术】
[0002]海上溢油事故频发，并且石油在开采、存储和使用过程中都可能造成溢油事故的发生，这不仅给环境带来危害，而且在海面的凝结油还可能燃烧产生安全问题。更严重的是，不仅污染海面对水生生物产生危害，而且石油还会沉到海底，其危害更是难以预计。2011年6月4日和17日，位于渤海中部的蓬莱19-3油田先后发生溢油事故，初步估计共造成劣四类海水面积840平方公里，油田附近海域海水中石油类的平均浓度超过历史背景值40.5倍，对渤海海洋生态环境造成严重的污染损害。
[0003]溢油在海洋环境中会发生一系列的物理、化学、生物等风化过程，其在海洋中的存在形式主要分为三种:(I)漂浮在海面的残油；(2)溶解分散态，进入海洋水体的过程。(3)凝聚态残留物，一旦原油沉积在底部，通常会被其他沉积物覆盖并且降解十分缓慢。由于海洋溢油的危害性，海洋石油污染治理已成为一大研究热点，迄今为止也取得了可喜的研究成果。目前，通常处理海洋石油污染修复的方法主要有物理、化学、生物法等。物理方法主要利用清污船、围油栏、吸油材料等。化学处理法通常利用消油剂、凝油剂、集油剂、沉降剂等。生物法主要有酵母菌去除溢油、微生物分解石油等。但是在溢油事故发生后，石油成分会于不同水体深度有不同分布。现今对海洋石油污染的监测主要是海水或底泥中总石油烃、饱和烃或芳香烃等成分的量化研究，没有研究海水深度对石油成分分布的影响，也没有对各梯度石油成分变化进行监测，对海洋石油污染治理没有针对性。且国内外发表了许多有关海洋溢油分析的模拟装置，较好研究漂浮在海面的残油与凝聚态残留物，但针对海水中石油纵向分布研究较少，Faksness等人在室外进行了高度约为Im的极地海水中石油成分分析，因此设计能够用于室内实验的纵向分析装置具有重要的意义。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的是海洋不同深度梯次中污染物存在形式差异性的技术问题，提供一种纵向分布海洋溢油吸附材料及其制备方法，通过控制不同质量比得到不同密度的吸附材料，实现不同层面残留油类物质的特异性去除，从而获得能位于不同深度层次的纵向分布海洋溢油吸附材料及其制备方法，同时构建一种纵向分布海洋溢油吸附模拟装置，用于海洋溢油纵向分布及吸附材料不同位置情况的研究。
[0005 ]为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现:
[0006]一种纵向分布海洋溢油吸附材料，该纵向分布海洋溢油吸附材料由环氧树脂体系、150-200质量份的纳米二氧化钛、25-50质量份的碳纤维粉、0-200质量份的空心玻璃微珠组成;其中所述环氧树脂体系由100质量份的脂环族环氧树脂、100-120质量份的酸酐类固化剂、1-2质量份的偶联剂、I质量份的固化促进剂混合而成。
[0007]该纵向分布海洋溢油吸附材料的密度为0.90-1.85g/cm30
[0008]该纵向分布海洋溢油吸附材料的吸油率为50-70%。
[0009]当所述空心玻璃微珠的质量份为70-200时，可使该纵向分布海洋溢油吸附材料位于容器中的真实海水或模拟海水液面上。
[0010]当所述空心玻璃微珠的质量份为0-25时，可使该纵向分布海洋溢油吸附材料位于容器中的真实海水或模拟海水底部。
[0011]当所述空心玻璃微珠的质量份为25-70时，可利用碳纤维线牵制的方式使该纵向分布海洋溢油吸附材料位于容器中的真实海水或模拟海水中部。
[0012]—种纵向分布海洋溢油吸附材料的制备方法，包括如下步骤:
[0013](I)将100质量份的脂环族环氧树脂、100-120质量份的酸酐类固化剂、1-2质量份的偶联剂、I质量份的固化促进剂进行混合，搅拌均匀至得到不分层的环氧树脂体系；
[0014](2)将150-200质量份的纳米二氧化钛、25-50质量份的碳纤维粉和0-200质量份的空心玻璃微珠加入步骤(I)得到的环氧树脂体系中，搅拌至以上三种原料被环氧树脂体系完全浸润；
[0015](3)以350-450r/min的搅拌速度进行搅拌30-40min，得到泥状浆料即为所述海洋溢油吸附材料。
[0016]—种纵向分布海洋溢油吸附模拟装置，包括透明的柱体水槽，所述柱体水槽内填充有投加石油污染物的真实海水或模拟海水;所述柱体水槽上部设置有进水系统、下部设置有排水系统;所述柱体水槽安装有搅拌器，所述搅拌器的搅拌桨伸入于所述柱体水槽内的真实海水或模拟海水中；
[0017]所述柱体水槽内放置有如权利要求1所述的海洋溢油吸附材料制成的吸油球体以观察其位置和吸油情况，所述吸油球体是先由所述海洋溢油吸附材料捏合成直径为5_6mm的球体，然后在120-200 0C充分固化5-6h，最后冷却而得。
[0018]所述柱形水槽的高度为1.3-2.5m，底面积为900_6400cm2。
[0019]所述柱体水槽内放置的所述吸油球体分别位于柱体水槽中真实海水或模拟海水的表面、中部和底部，其中位于中部的所述吸油球体穿接有碳纤维线，所述碳纤维线的两端分别连接位于顶部的所述吸油球体和位于底部的所述吸油球体；
[0020]或者所述柱体水槽内放置的所述吸油球体分别位于柱体水槽中真实海水或模拟海水的表面和中部，位于中部的所述吸油球体与位于表面的所述吸油球体通过碳纤维线连接；
[0021]或者所述柱体水槽内放置的所述吸油球体分别位于柱体水槽中真实海水或模拟海水的表面和底部，位于中部的所述吸油球体与位于底部的所述吸油球体通过碳纤维线连接。
[0022]本发明的有益效果是:
[0023]本发明大致上采用表层漂浮材料(处理浅层分散油)、中层悬浮材料(处理中层分散油)、深层处理材料(处理深层分散油)三个层面的控制类型进行探讨，以纳米二氧化钛、碳纤维粉和空心玻璃微珠作为原料，通过调节原料质量比，可制得适用于不同梯度的纵向分布海洋溢油吸附材料，且其制备方法工艺简单、操作可控，能够使纵向分布海洋溢油吸附材料位于不同深度层次海水中，为实现不同深度海洋溢油吸附提供了可能，突破了海洋溢油吸附研究的局限，为解决不同深度的海洋石油污染提供一种有效途径。
[0024]本发明还针对上述纵向分布海洋溢油吸附材料构建了纵向分布海洋溢油吸附模拟装置，能够模拟和观察海洋溢油吸附材料在海水中的不同位置情况，在室内实现对海水中石油纵向分布的研究，简单、方便、快捷，从而更好地为溢油应急决策提供技术支持。
【附图说明】
[0025]图1是本发明所提供的纵向分布海洋溢油吸附模拟装置的结构示意图。
[0026]图中:1.进水管，2.进水控制阀，3.电机，4.搅拌器开关，5.调速旋钮，6.支架，7.搅拌桨，8.漂浮水面上的吸油材料，9.悬在水中的吸油材料，10.沉入水底的吸油材料，11.有机玻璃底座，12.排水管，13.排水控制阀。
【具体实施方式】
[0027]本发明公开了一种纵向分布海洋溢油吸附模拟装置，主要包括柱体水槽、进水系统、排水系统和搅拌器，可通过进水系统加注真实海水或模拟海水，并投加石油污染物，用于研究海水中污染物的纵向分布。
[0028]如图1所示，柱体水槽是由透明有机玻璃制成的圆柱体结构，便于实验观察、监测；柱体水槽的底面直径为300mm，高度为1.5m，可加注高度为1.4m的真实海水或模拟海水，并投加石油污染物。一般来说，柱体水槽的高度在1.3-2.5m范围内，底面积在900-6400cm2范围内。柱体水槽底部设置有与其一体连接的有机玻璃底座11，用于确保平衡。
[0029]进水系统包括进水管I和进水控制阀2，进水管I连接于柱体水槽上部，进水管I上设置有进水控制阀2。进水系统用于加注真实海水或模拟海水，并投加石油污染物。排水系统包括排水管12和排水控制阀13，排水管12连接于柱体水槽下部，排水管12上设置有排水控制阀13。排水系统