北化工《Carbon》：各向异性ZIF-8/石墨烯复合气凝胶，用于清理溢出的重质原油

成果简介

富含胶体和沥青质的重质原油在人类生活中被广泛使用，但由于其粘度高、流动性差，泄漏后的收集和清理工作十分困难。本文，北京化工大学杨冬芝 副教授、于中振 教授团队在《Carbon》期刊发表名为“Solar-thermal anisotropic zeolitic imidazolate framework/reduced graphene oxide hybrid aerogels for efficient clean-up of heavy crude oil”的论文，研究通过将 ZIF-8 颗粒原位锚定到各向异性的RGO气凝胶上，制备了沸石咪唑酸框架-8/还原氧化石墨烯（ZIF-8/RGO）复合气凝胶，用于高效清洁泄漏的重质原油。

由于 RGO 具有较高的太阳光吸收能力和太阳-热转换能力，而 ZIF-8 增加了太阳光漫反射路径和气凝胶的疏水性，因此具有大量垂直微通道的太阳-热 ZIF-8/RGO 混合气凝胶可有效降低重质原油的粘度并改善其流动性。在太阳的照射下，气凝胶的表面温度在1分钟内迅速达到 70 °C。同时，重质原油的粘度从 105mPa s 迅速下降到103mPa s，重质原油的最大吸附容量在9分钟内达到112g-1。此外，混合气凝胶对各种有机溶剂和油性介质都表现出令人满意的吸附和循环能力。各向异性气凝胶具有出色的太阳-热转换能力和较高的吸附能力，因此有望用于有效净化泄漏的重质原油。

图文导读

图2.（a） ZIF-8/RGO气凝胶的数码照片。（b） 具有垂直排列微通道的ZIF-8/RGO杂化气凝胶的SEM图像。（c） ZIF-8颗粒负载在RGO片上的示意图（插图：ZIF-8/RGO-2气凝胶的SEM照片）。（d） ZIF-8/RGO-1、（e） ZIF-8/RGO-2 和 （f） ZIF-8/RGO-3的TEM图像。ZIF-8、GO、T-RGO和ZIF-8/RGO气凝胶的（g）傅立叶变换红外光谱和（h）XRD图谱。（i） V-RGO、T-RGO和ZIF-8/RGO气凝胶的拉曼光谱

图3、ZIF-8/RGO杂化气凝胶的光热能转换性能

图4、 ZIF-8/RGO杂化气凝胶的疏水性和亲油性

图5、ZIF-8/RGO杂化气凝胶对稠质原油的吸附性能

小结

通过化学还原GO、定向冷冻和退火以及 ZIF-8修饰，制备了具有垂直微通道的太阳能-热ZIF-8/RGO复合气凝胶，用于高效净化重质原油。带有垂直微通道的各向异性 RGO 气凝胶可捕获多重反射光，并促进原油向上扩散。ZIF-8 颗粒与 RGO 气凝胶的均匀负载可增强太阳光吸收，并通过增加太阳光路径和抑制热量损失实现热定位。因此，ZIF-8/RGO 混合气凝胶能吸收 92% 的太阳光，并能在太阳光照射下在1分钟内加热至 70 °C。ZIF-8/RGO 混合气凝胶可吸附多种有机溶剂和油类，其吸附容量范围为 63-106g g-1。一种最佳的ZIF-8/RGO复合气凝胶在太阳辐照条件下可在9分钟内吸附高达112g g-1 的重质原油。这种疏水性轻质复合气凝胶有望通过太阳加热降低重质原油的粘度，从而有效清理泄漏的重质原油。

文献：https://doi.org/10.1016/j.carbon.2023.118773