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輕鬆除油，不帶走一滴水–超疏水、超親油海綿

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王志逢｜義守大學材料科學與工程學系

海洋面積約占地球表面積的四分之三，在人類的食物來源中，海洋生物資源占有相當重要的地位。近年來，由於人類經濟快速發展與環境開發，製造出許多的汙染問題，這些汙染不僅危害人類與其他動植物在陸地上的生存，更嚴重影響海洋生物的生存。造成海洋污染的來源有許多，其中油汙洩漏汙染常對海洋環境造成重大的傷害。

油汙洩漏的來源以航行的船舶及海底採礦與油井鑽探為主，包括載運油料之船舶所因意外事故或船難所發生的洩漏事件，以及鑽油平台的漏油事件等。有鑑於此，不論基於環保或經濟方面，都急需要可有效進行油水分離的材料。

目前處理油汙洩漏的方法有就地燃燒、布放攔油索、使用水面浮油收集設備以及使用油汙吸附材料。常用於油汙洩漏清理的吸油材料具有吸收速率較慢、低選擇性與重複使用性欠佳的缺點。因此高效率的油水分離材料仍為一相當值得研究與探討的課題。

超疏水表面(superhydrophobic surfaces水滴接觸角> 150°，滾動角< 10°)因為在自清潔表面方面具有相當的潛在應用性，引起學術界與業界極大的關注。自然界中最有名的超疏水表面例子為蓮葉效應(Lotus Effect)，但是超疏水現象除了自清潔效果外是否有其他的應用性呢?

要達到超疏水表面必須兩結合方面，一是物體表面須有適當的粗糙物理結構，另一則是物體表面最好具有疏水性基團。當我們將依疏水且親油的材料結合適當的粗糙物理結構後，可得到超疏水(superhydrophobic)與超親油(superoleophilic，油滴接觸角接近0°)特性；具有此特性之材料對於油水混合液油及高的選擇性(只吸油、不吸水)。

近年來，具有超疏水與超親油特性之多孔性材料材料(例如:海綿)，由於他們在油水分離應用上以及有機溶劑選擇性吸收上的良好成果，引起廣泛的研究興趣。這些海綿表面具有微米與奈米等級的特殊粗糙結構，當我們將水滴滴於這些特殊的海綿上，水滴會維持水珠狀並可輕易的自海綿表面滾走；相反的當以油滴一接觸到改質過的海綿則會被迅速的吸收。

此外，將此特殊海綿進入水中可發現水無法進入海綿內，海綿仍可將空氣包含於其中，證明其極致的疏水特性。當油滴浮於水上，可輕易的運用超疏水與超親油海綿將其移除。

這些海綿在水面上油汙的移除展現良好的應用性，可吸附本身重量數十倍的汙染物，並可重複使用。

義守大學材料系王志逢教授研究團隊在2013年9發表的研究報告中指出，該團隊研發出一種具耐用特性之超疏水/超親油海綿。將此海綿與真空抽濾系統連接，就可以製作出一只吸油不吸水的吸油機。當我們將此系統置於油水界面後，按下抽濾開關就可連續不停的將油汙由水面吸走而不帶走任何一滴水，最後可將水面上的油汙完全移除。這個研究成果讓超疏水/超親油海綿在實際的工業應用上更邁進一大步，同時對海面的洩油汙染提供一個可行的解決方法。（本文由科技部補助｢健康醫藥新媒體科普傳播實作計畫｣執行團隊撰稿/2014年3月）

責任編輯：楊智惠｜義守大學生物科技學系

海綿(10) 蓮花效應(10) 蓮葉效應(4) 科發月刊(5221)

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