发布时间：2025-07-07
成果简介
天津大学环境科学与工程学院生物质废物利用天津市重点实验室林法伟副教授团队在Engineering上发表研究论文《Solar-Driven Dehydration and Purification of Oily Pollutants with a Multifunctional Biomass-based Carbon Aerogel: A Potential Step Towards Carbon Reduction》，首次系统研究了太阳能光热驱动含油污泥、含油废水等石油污染的高效脱水与净化。
油泥脱水问题一直是学术界的研究热点。油泥中的水主要以分布在矿物颗粒之间的间隙水为主，然而油水乳化造成的油包水、水包油现象导致油水分离困难。耗能式工艺仍然是目前油泥脱水最高效的技术手段，化学破乳则具有能耗低的优点。在国家面上基金项目（碳海绵辅助油泥光热破乳与催化热解机理研究，52376205）的支持下，本论文通过剖析油泥复杂环境油包水界面效应，开发生物质基碳气凝胶材料，表面修饰获得疏水亲油基团（攻击油水界面膜）和光热转化特性（升温降黏），结合太阳能光热驱动实现油泥中油包水高效破乳脱水。此外，油水分离的同时石油烃脱离残渣进入凝胶材料，石油烃限域催化热解耦合水汽重整抑制结焦，热解性能优化获得高品质石油产品，以期实现低能耗投入的含油污泥破乳脱水与热解处置。
本研究合成了一种具有多孔三维结构和光热转换特性的生物质碳气凝胶材料。有趣的是，该碳气凝胶具有可调节的表面润湿性，能够在水面吸附高粘度原油（吸附量达4.28 g·g⁻¹），并在太阳辐照辅助下实现水包油乳液的高效破乳分离（分离率达97.28%）。在太阳能加热与材料对乳液的分离-吸附协同作用下，油泥和乳液的光热脱水效果显著，在质量比为10:2（油泥：材料）条件下的最高脱水效率达到90.68%。此外，材料在脱水后的油泥中无需分离，可直接参与后续的热解过程，并通过限域催化裂解进一步增强处理效果，实现“一石二鸟”的协同效应。总体来看，该太阳能光热处理策略在处理含油污染物方面展现出巨大潜力，其碳排放相比传统热处理方法降低超过百倍，为石油行业的低碳转型提供了有力支撑。
图1. 生物质炭气凝胶材料光热吸油特性与破乳性能示意图
图2. 太阳能光热脱水、传统热干化脱水工艺示意图以及碳排放评估
作者简介
主要作者：天津大学环境科学与工程学院生物质废物利用天津市重点实验室硕士研究生姚弘赟、栾楚珺、毛汇一、钟晨旭、博士研究生玉洪迪。
作者：林法伟，博士，天津大学环境学院英才副教授、特聘研究员、博士生导师。入选2023、2024年度全球前2%顶尖科学家榜单，入选中国科协青年人才托举工程、天津市首批青年科技人才（第二层次）、天津市青年人才托举工程、天津市优秀青年科技工作者、天津大学“启明计划”、天津大学北洋英才计划。现任天津市有机固废安全处置与能源利用工程研究中心副主任、天津市生物质废物利用重点实验室副主任、中国能源学会能源与环境专家组专家委员、天津市可再生能源学会生物质能专委会委员、巴塞尔公约亚太区域中心化学品和废物环境管理智库专家。担任《The Innovation Energy》、《Research》、《Journal of Analytical and Applied Pyrolysis》、《环境工程学报》青年编委。主要从事含油污泥等固废热化学转化与污染控制、可再生能源驱动水气固多介质污染协同减污降碳技术、新型储能技术等相关研究。主持国家自然科学基金面上项目、国家青年科学基金、国家重点研发计划子课题、天津市重点研发项目等19项。近年累计在ES&T, ACB, Eng., PCI, CNF, Appl. Energ., CEJ, JHM等能源环境领域知名期刊第一、通讯作者发表SCI论文70余篇，授权发明专利10余项，授权美国发明专利1项。
通讯邮箱：linfawei@tju.edu.cn
通讯作者：陈冠益，天津大学/天津商业大学教授、博士生导师，现任天津商业大学校长、曾任天津大学环境科学与工程学院院长、求是学部主任/国际工程师学院院长，从事环境与能源工程技术研发及基础研究、教育教学与管理工作。获得国家科技进步一等奖、二等奖、全国创新争先奖、侨界贡献奖一等奖、国际生物过程学会Pandey杰出贡献奖；先后主持国家重点研发计划项目、国家自然科学基金重点项目等；入选国家级人才计划。
通讯作者：侯立安，环境工程专家，中国工程院院士，博士生导师。兼任国家生态环保专家委员会委员、教育部高等学校环境科学与工程类专业教学指导委员会副主任委员、全国分离膜标准化技术委员会副主任委员、新污染物治理专家委员会副主任委员。长期致力于环境科学与工程领域的科学研究和工程设计工作，获国家科技进步奖8项，省部级科技进步奖和教学成果一等奖8项，二等奖12项；获国家专利60余项。享受政府特殊津贴，曾获何梁何利科学技术奖、求是杰出青年奖、全国科普工作先进工作者和全国优秀科技工作者等荣誉。
(来源：林法伟 编辑：田淑洁）
