CN103260746A - 有机化合物吸附材料及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种监测和/或处理水中致污有机化合物存在的材料。该材料为用一种或多种金属氧化物浸渍的纤维基体。

Description

有机化合物吸附材料及其制造方法

交叉相关申请

本发明要求2010年7月22日提交的临时申请61/336,765的权益，所述申请全文通过引用结合到本文中。

发明领域

本发明涉及能够从液体去除油的吸附材料。

背景

油漏入海上和内陆水道的连续事件使实现处理漏油事故的新的有效方式的需要处于显要地位。例如，墨西哥湾的近期漏油，在2010年流动3个月，影响了大于4,900平方公里的地表水、水柱、海底、海岸线、海滩和盐沼和墨西哥湾东北的海湾，预料这些影响在未来还要持续一段时间。另外，与原油泄露产生的污染物相关，已有在墨西哥东北湾水质方面的争论。在此地区降低的水质可威胁人的健康、海洋生物和海产食品安全，这些各自影响海湾沿岸国家的关键产业。

油围堵***通常用水栅(boom)包围漏油，直到能够收集油。水栅***通常不设计成吸收大量油，而是一般用于收回油膜(sheen)或少量漏油，或者防止漏油扩大或到达保护区域例如海岸线，直到漏油能够由机械装置收集，一般利用撇油器或油回收船。对泄漏的延迟反应通常使油的较轻馏分(例如，挥发性有机化合物)释放到大气中，导致烃空气污染。油也可经历老化和乳化，这可导致油下沉，使清除漏油变得更加困难，增大环境影响，并增加清除油的财务费用。

因此，需要能够快速包含漏油的程度并同时能够吸附大量油的油回收***。

发明概述

本发明提供能够吸附有机化合物(例如，油)的材料。因此，该材料可用于从溢出和泄漏地点回收油。材料包含纤维和金属氧化物。材料可布置在基体中。纤维可以为聚酯、尼龙、棉或其组合。纤维可以为针织、织造和/或纺粘的形式。基体可以为松散填充织物(loose packed textile)、织造织物、非织造织物或针刺织物。可将非织造织物制毡。针刺织物可以为非织造织物。纤维可以为两种或更多种纤维的掺合物。棉可生长于美国乔治亚州。棉可以为天然棉、漂白棉或其掺合物。金属氧化物可以为氧化铝、二氧化硅、碳、钛、锆、铜(I)、铜(II)、钠、镁、锂、银、铁(II)、铁(III)、铬(VI)、钛(IV)、锌或其组合。金属氧化物可具有转化态。例如，氧化铝可具有γ、η、ρ、χ、χ-ρ或θ的转化态(transformation state)。如果金属氧化物为碳，碳可以为活性炭。材料可在一侧或多侧上包含金属氧化物。材料可在两侧上包含金属氧化物。金属氧化物可使材料饱和。

本发明还提供制造能够吸附有机化合物的材料的方法。方法包括使纤维与金属氧化物接触，以形成金属氧化物纤维，并将金属氧化物纤维布置成基体。然后，可使金属氧化物纤维基体干燥，以形成有机化合物吸附材料。使纤维与金属氧化物接触的行为可通过将金属氧化物喷涂到纤维上来完成。金属氧化物纤维基体可通过流化床干燥、空气干燥、单程烘箱干燥、双程烘箱干燥或三程烘箱干燥来干燥。干燥前，金属氧化物纤维基体可经酸处理。材料可布置在基体中。纤维可以为聚酯、尼龙、棉或其组合。纤维可以为针织、织造和/或纺粘的形式。基体可以为松散填充织物、织造织物、非织造织物或针刺织物。可将非织造织物制毡。针刺织物可以为非织造织物。纤维可以为两种或更多种纤维的掺合物。棉可生长于美国乔治亚州。棉可以为天然棉、漂白棉或其掺合物。金属氧化物可以为氧化铝、二氧化硅、碳、钛、锆、铜(I)、铜(II)、钠、镁、锂、银、铁(II)、铁(III)、铬(VI)、钛(IV)、锌或其组合。金属氧化物可具有转化态。例如，氧化铝可具有γ、η、ρ、χ、χ-ρ或θ的转化态。如果金属氧化物为碳，碳可以为活性炭。材料可在一侧或多侧上包含金属氧化物。材料可在两侧上包含金属氧化物。金属氧化物可使材料饱和。

制备能够吸附有机化合物的材料的另一种方法包括使纤维基体与金属氧化物接触，以形成金属氧化物纤维基体，然后使金属氧化物纤维基体干燥，以形成有机化合物吸附材料。使纤维与金属氧化物接触的行为可通过将金属氧化物喷涂到纤维上来完成。金属氧化物纤维基体可通过流化床干燥、空气干燥、单程烘箱干燥、双程烘箱干燥或三程烘箱干燥来干燥。干燥前，金属氧化物纤维基体可经酸处理。材料可布置在基体中。纤维可以为聚酯、尼龙、棉或其组合。纤维可以为针织、织造和/或纺粘的形式。基体可以为松散填充织物、织造织物、非织造织物或针刺织物。可将非织造织物制毡。针刺织物可以为非织造织物。纤维可以为两种或更多种纤维的掺合物。棉可生长于美国乔治亚州。棉可以为天然棉、漂白棉或其掺合物。金属氧化物可以为氧化铝、二氧化硅、碳、钛、锆、铜(I)、铜(II)、钠、镁、锂、银、铁(II)、铁(III)、铬(VI)、钛(IV)、锌或其组合。金属氧化物可具有转化态。例如，氧化铝可具有γ、η、ρ、χ、χ-ρ或θ的转化态。如果金属氧化物为碳，碳可以为活性炭。材料可在一侧或多侧上包含金属氧化物。材料可在两侧上包含金属氧化物。金属氧化物可使材料饱和。

本发明还提供一种从水回收油的方法。方法包括使含油水与本文所述的能够吸附有机化合物的材料接触，并保持接触足以使材料吸附一定量油的时间。然后，可使材料从水分离，随后绞拧(wring)，以从材料释放吸附的油。使含油水与材料接触的行为可包括将材料浸没到含油水中，或者使材料飘浮于含油水上。可将材料加重(weighted)。可使材料从小船、船、灯塔或浮标落下或释放到含油水之中或之上。绞拧材料的行为可通过将材料输送通过辊来完成。

附图简述

图1显示从通过OCAM捕集的水萃取的化合物的浓度，按浓度以递减次序分级。浓度以mg/l显示。关于化合物的名称，参见表2(图3)。含水样品从拖曳有机化合物吸附材料(“OCAM”)的4.12平方米片得到。位置在美国路易斯安那州廷巴岛(

)的西北侧。拖曳持续时间为30分钟，速度为1节。OCAM是浸没的。

图2显示表1，其中从拖曳4.12平方米OCAM得到的含水样品的气相色谱分析结果。位置在美国路易斯安那州廷巴岛的西北侧。拖曳持续时间为45分钟，速度为1节。OCAM是浸没的。识别的化合物种类与其浓度一起显示。在可计算时，也显示平均、标准偏差和样品大小。

图3显示表2，其中从拖曳吸附布的4.12平方米片得到的含水样品的气相色谱-质谱(GCMS)结果。试验性识别化合物在表中列出(TIC)。位置在美国路易斯安那州廷巴岛的西北侧。拖曳持续时间为30分钟，速度为1节。OCAM是浸没的。由材料吸附的具体化合物按浓度次序与它们的浓度(按mg/l)一起显示。化合物中很多为原油的已知组分。至少醇为分散剂Corexit^®(Nalco, Inc.)的已知毒性组分。***，与参比化合物匹配的概率为>或=至85%；**为>或=至50%，但<85%；*为<50%。

图4显示对浸没-1、浸没-2和表面-1含水样品的气相色谱分析报告。图中显示两类石油烃——柴油范围和油范围的数据。浓度以mg^-1给出。对于所有分析，参比样品为 4-联三苯-d14。(A)和(B)对应于样品浸没1-1和浸没1-2。(C)-(I)对应于样品浸没2-1至2-7。(J)对应于表面3-1。

图5显示对图4(A)中浸没1-1含水样品进行的气相色谱-质谱(GCMS)分析的报告。由OCAM收集的单独化合物与它们的估计浓度一起显示。识别的18种具体化合物分成四个一般种类：石油烃、醇、咖啡因和未知。一些石油烃为原油的已知组分。醇中的一些为分散剂Corexit^®的已知毒性组分。

图6显示对浸没-1、浸没-2和表面-1含水样品进行的实验室分析所产生的气相色谱。

图7显示对浸没-1、浸没-2和表面-1实验期间用于取样的吸附材料进行的实验室分析所产生的气相色谱。材料从-20℃解冻到室温，其有机化合物用二氯甲烷(DCM)作为溶剂萃取。

图8为制造OCAM的方法的示例性实施例。

详述

发明人已意外地发现，纤维和金属氧化物的某些组合对烃化合物的存在敏感，这些烃化合物可为毒性和/或挥发性的。此水平的敏感性使本文所述材料能够吸附有机化合物，甚至在有机化合物以低浓度存在时。例如，本文所述有机化合物吸附材料能够吸附数倍其自身重量的油。

有机化合物吸附材料的敏感性质使其成为对于漏油整治、缓和、环境保护和环境监测领域所涉几种应用中的任一极有用的组合物。

1. 定义

本文所用术语只是为了描述具体实施方案的目的，并不旨在限制。如说明书和附加权利要求中所用，除非上下文另外清楚地指明，单数形式“一”和“该”包括复数引用对象。

对于本文数字范围的叙述，本文明确预期其间具有相同精确度的每一个中间值。例如，对于范围6-9，除了6和9外，也预期数字7和8，对于范围6.0-7.0，明确预期数字6.0、6.1、6.2、6.3、6.4、6.5、6.6、6.7、6.8、6.9和7.0。

2. 有机化合物吸附材料(“OCAM”)

本文提供有机化合物吸附材料(“OCAM”)。OCAM由纤维和金属氧化物制成。OCAM可布置为基体。OCAM用金属氧化物浸渍、饱和或涂覆。

OCAM可通过针刺过程布置为基体。例如，基体可通过针剌制毡来形成。针剌制毡，有时称为针穿刺或简单称为针刺，为纺织工业中使用的过程，其中使元件(如钩针)穿入和穿出织物，以使纤维缠结。针刺制毡例如描述于美国专利5,989,375、5,388,320、5,323,523、3,829,939和6,405,417号，所有这些专利通过引用结合到本文中。

OCAM可以为任何大小或形状。OCAM可以为一个或多个长“指状物”的形式或片的形式。通常，要用OCAM处理、监测或评价的区域的大小支配OCAM的大小。OCAM可以在2平方英尺和5,000平方英尺之间，10平方英尺和4,500平方英尺之间，100平方英尺和4,000平方英尺之间，500平方英尺和3,500平方英尺之间，1,000平方英尺和3,000平方英尺之间，1,500平方英尺和2,500平方英尺之间，1,750平方英尺和2,250平方英尺之间，或2,500平方英尺和5,000平方英尺之间。基体可大于5,000平方英尺。基体可以为1,500平方英尺。

OCAM可具有边缘。边缘可从塑料、乙烯树脂、斜纹粗棉布或其组合或掺合物得到。可使边缘加重。边缘的宽度可以在0.1英寸和0.5英寸之间，0.5英寸和1英寸之间，1英寸和3英寸之间，3英寸和5英寸之间，或5英寸和10英寸之间。边缘可具有英尺或数英尺的宽度。边缘可完全包围纤维和金属氧化物。边缘可只包围部分纤维和金属氧化物。

a. 纤维

纤维可以是天然或合成的。纤维可以为棉、聚酯和/或尼龙。纤维可以为棉、聚酯和尼龙的两种或更多种的掺合物。纤维可以为不连续短丝或连续丝。不连续丝长度短，纺丝并缠绕在一起，以形成长纱线。连续丝为纤维长丝，它们合股在一起，以形成连续纤维束、纱或绳。纤维、纱或绳可以为任何厚度。纤维、纱或绳的厚度可基于所需基体类型。厚度可小于0.1英寸。厚度可在0.1英寸和0.5英寸之间，0.5英寸和1英寸之间，1英寸和3英寸之间，3英寸和5英寸之间，或5英寸和10英寸之间。厚度可大于10英寸。纤维可以为针织纤维、织造纤维、非织造纤维或纺粘纤维。

(1)棉

棉可以是天然和/或漂白的。棉可以为天然和/或漂白棉的掺合物。棉可生长于美国、苏联、中国、印度、巴西、巴基斯坦和/或土耳其。亚洲棉具有小于1英寸(2.5cm)长并且质地(texture)相当粗糙的纤维。这种棉大部分生长于印度、伊朗、中国和俄罗斯。秘鲁棉具有似绒毛的几乎羊毛状纤维。巴西棉为具有长的丝状纤维的多年生棉。

在美国生长的棉可已生长于亚拉巴马州、亚利桑那州、阿肯色州、加利福尼亚州、乔治亚州、路易斯安那州、密西西比州、密苏里州、新墨西哥州、北卡罗莱纳州、俄克拉何马州、南卡罗来纳州、田纳西州、佛罗里达州、堪萨斯州和/或弗吉尼亚州。这种棉可已生长于美国乔治亚州和/或亚拉巴马州。乔治亚州和亚拉巴马州的气候和/或土壤给予棉合乎需要的表面性质。乔治亚州和亚拉巴马州的气候和/或土壤也提供生长较长棉纤维的最佳环境。乔治亚州和亚拉巴马州棉的表面性质和长度提供增加的棉表面积和因此保持更多金属氧化物和吸附污染物(例如，油)的更大能力。

其它类型棉包括埃及棉、海岛棉和比马棉。埃及棉为细的光泽棉，并且具有长而较细的纤维。这种棉纤维为浅棕色，并理想用于制造强力纱。海岛棉具有长的短纤维和丝状质地，这使其可用于最细的棉支数。比马棉属于棉的额外长的短纤维类型，并且具有长的光滑纤维。

棉纤维可以是纤维素的天然聚合物。棉纤维的熔点可以在250℃和280℃之间，或者在260℃和270℃之间。棉纤维的比重可在1和3之间，1.2和2.5之间，1.2和2之间，1.5和3之间，或1.7和2.2之间。棉纤维的比重可在1.27和1.61之间。

(2)聚酯

可使用聚酯线或纱。也可使用工业聚酯纤维、纱和绳(例如在输送带、安全带中使用的那些材料)、涂覆织物和具有高能量吸收的塑料增强材料。聚酯纤维可与天然纤维纺在一起，以制造具有混合性质的基体。与植物衍生的纤维比较，合成纤维可产生具有优良的耐水、耐风和耐环境的材料。

聚酯织物和纤维极强。聚酯很耐用：耐大部分化学物质、耐拉伸和耐收缩、耐皱、抗霉和耐磨。聚酯为疏水性质，并且快速干燥。聚酯保持其形状，因此，很好地用于制造暴露于苛刻条件的基体。聚酯容易洗涤和干燥。

(3) 尼龙

尼龙由酰胺键连接的重复单元制成，通常被称为聚酰胺(PA)。尼龙是第一种商业上成功的合成聚合物。制造用于纤维应用的尼龙有两种一般方法。在一种方法中，在各端上具有酸(-COOH)基团的分子与在各端上含胺(-NH₂)基团的分子反应。得到的尼龙以分隔两个酸基团和两个胺的碳原子数为基础命名。使这些形成中间分子量的单体，然后反应成长聚合物链。尼龙是热塑性丝状材料，在尼龙刷毛的牙刷中首先商业使用。

可使尼龙纤维与天然纤维纺在一起，以制造具有混合性质的基体。尼龙纤维可给予例如耐久性，抗磨性，弹性，对昆虫、真菌、霉菌、霉、腐烂、各种化学物质和动物的耐性。

b. 金属氧化物

金属氧化物可以为其中氧具有-2氧化值的由金属和氧生成的任何化合物。例如，金属氧化物可以为氧化铝、二氧化硅、碳、钛、锆、铜(I)、铜(II)、钠、镁、锂、银、铁(II)、铁(III)、铬(VI)、钛(IV)和锌中的一种或多种。碳可以为活性炭。活性炭可以为经处理以使其为多孔并因此具有可用于吸附或化学反应的很大表面积的碳的形式。氧化铝可具有γ、η、ρ、χ、χ-ρ或θ的转化态。转化态可给予污染物选择性，或者可增强污染物吸附。氧化铝可以为凝胶、假勃姆石和/或三羟铝石氧化铝。

c. 基体

材料可以为基体的形式。基体可以为松散填充织物、织造织物、非织造织物或针刺织物。

非织造织物可由通过化学、机械、加热和/或溶剂处理接合在一起的纤维制成。可将非织造织物制毡。非织造织物可以为从单独纤维直接制成的平片。非织造织物可不通过织造或针织制造，并且可不需要使纤维转变成纱。非织造织物可提供一种或多种特定功能，例如吸收能力、液体排斥性、弹性、拉伸、柔软度、强度、阻燃性、可洗性、减震和/或过滤。可使任何这些性质组合，以产生适用于特定工作的织物，同时在产品使用寿命和成本之间取得良好平衡。

可将非织造织物制毡。毡是可通过将毛纺纤维毡并、压缩和压制制造的非织造织物。毡可通过湿制毡制造，其中天然毛料纤维通过摩擦激励，并通过水分润滑。纤维可以粗略的90°朝向摩擦源移动，然后再次离开。此过程导致产生缝线粗缝。在加剧时，毛纺纤维粘合在一起形成织物。

可用交织纤维或纱形成织造织物。纤维或纱可在织机上交织。“织造织物”可通过一种或多种以下类型的织法产生：平纹、缎纹、斜纹和/或计算机产生的交织。

通过对纺粘或梳理纤维网的纤维进行机械取向和互锁，由此制毡钩针连续穿入和穿出成网纤维，可制造针刺织物。可在织机上制造针刺织物，以便纤维可在一维织物中互锁。织机可以为制毡织机、结构化织机(structuring loom)或无规拉绒织机(random velour loom)。

通过在收集带上以均匀的随机方式沉积挤出的初生丝，随后将纤维粘合，可制造纺粘纤维网。在沉积到收集带上的期间，可通过空气或静电荷使纤维分离。通过加热辊或针以使聚合物部分熔融和使纤维熔合在一起，该粘合可对丝的纤维网赋予强度和完整性。聚合物可以为高分子量聚合物和/或宽分子量分布聚合物。聚合物可以为聚丙烯、聚酯、尼龙、聚乙烯、聚氨酯、人造丝或其组合。

3. 制造OCAM的方法

通过使纤维或基体与金属氧化物接触以形成金属氧化物涂覆纤维或金属氧化物涂覆基体的方法，可制造本文所述的OCAM。换句话讲，可在基体中布置纤维之前使纤维与金属氧化物接触，或者可将纤维布置成基体，然后使基体与金属氧化物接触。通过使纤维和/或基体与金属氧化物接触，可使金属氧化物浸到纤维和/或基体之中或之上。然后，可使金属氧化物基体干燥，以形成OCAM。

例如，通过旋涂、喷涂、浸涂、模涂、化学气相沉积、初湿、幕涂、真空浸渍、饱和喷涂和/或低温浸渍，可将金属氧化物施加到纤维或基体。例如，通过使金属氧化物雾化，并通过空气压力将雾化的金属氧化物施加到纤维或基体，可将金属氧化物施加到纤维或基体。金属氧化物可施加到基体的一侧或多侧。金属氧化物可同时施加到基体的两侧，或者施加到一侧，然后施加到另一侧。纤维或基体可用金属氧化物饱和。在基体-金属氧化物组合物已生成后，在干燥前，它可经或可不经酸处理。酸处理可增加基体-金属氧化物材料表面上的OH-和/或H+离子，从而促进吸附污染物。

基体-金属氧化物可通过任何方法干燥。这类方法包括流化床干燥、空气干燥、单程烘箱干燥、双程烘箱干燥和/或三程烘箱干燥。基体-金属氧化物可在110℃和150℃之间、150℃和350℃之间、200℃和300℃之间或225℃和275℃之间干燥。基体-金属氧化物可在3分钟和10小时之间、5分钟和10小时之间、10分钟和10小时之间、30分钟和9.5小时之间、1小时和9小时之间、1.5小时和8.5小时之间、2小时和8小时之间、3小时和7小时之间、或4小时和6小时之间干燥。基体-金属氧化物可在室温或在外面在空气温度干燥一段时间。

4. 使用方法

可用OCAM净化水包藏污染物，例如油、柴油、乙醇、2-(甲硫基)乙醇、2-丁氧基乙醇、3-戊酮、酚和酚相关化合物、4-甲基苯酚、苯和苯相关化合物、1,2-苯二甲酸,丁基2-乙基己基酯、9-甲基-Z-10-十四碳烯-1-醇乙酸酯、环状八原子硫、正十六烷酸、2-丁氧基乙醇、(Z)-9-十六碳烯酸,甲酯、2-[2-(2-丁氧基乙氧基)乙氧基]-乙醇、十八烷酸、4-甲基苯酚、Z-9-十八碳烯酰胺、2-甲硫基-乙醇、Z-9-十四碳烯酸、羟苯甲酮、1-二十烷醇、咖啡因、乙基环十二烷、2(1H)萘酮、3,5,6,7,8,8a-六氢-4,8a-二甲基-6-(1-乙基-乙烯基)、1-三十二烷醇、十六氢-芘、nC-17十七烷和C-2萘。

如以下根据ASTM方法(例如，ASTM D-117)所述，对于每磅所用的OCAM，OCAM能够结合1和3.5加仑之间、1.5和3加仑之间、2和3加仑之间或2.5和3.5加仑之间的油或柴油。

OCAM可用于多种应用，包括但不限于表面油吸附、工业净化、沉油吸附、吸附水栅用填充物、环境监测器、油围堵、脱盐过滤器和/或作为河口过滤器。可使OCAM飘浮在水面上，或者浸没。可将OCAM浸没到任何深度。例如，可使OCAM沉入低于水面一定深度的油缕流中。OCAM可沉到大于5英尺、50英尺、100英尺、500英尺、1,000英尺、5,000英尺、10,000英尺、20,000英尺、30,000英尺、40,000英尺、50,000英尺、100,000英尺或更深的深度。为了浸没，可使OCAM适当加重。

可将OCAM系到例如浮标、灯塔、船或小船上，由此OCAM可从水面卷起，或者从水深处卷起，用于随后分析和/或绞拧。可通过绞拧OCAM回收油。可通过输送和绞拧OCAM的辊进行绞拧。然后可储存回收的油，用于随后使用。

a. 表面油吸附

OCAM可部署为在大面积水上待卷起的一个或多个片。可绞拧卷起的片，从而回收可能再使用的油和产生的水。可以使OCAM只略微为负浮力的方式制造OCAM，以使材料的两侧均暴露于表面油。

b. 工业净化

OCAM可部署用于陆上、工厂、炼油厂、油库等的漏油的工业净化。如果需要，也可从此种收集回收油。

c. 沉油吸附

OCAM可部署用于可在指定深度浓缩的沉油的吸附。现在已知与分散剂组合或仅仅风化的一些油——已失去其低分子量化合物——可下沉，并且由于其近中性的浮力或由于在深处应用分散剂而保持在深水中，积累在深的密度跃层(picnocline)，或沉到底部。这已显示为距漏油地点17km的情况，其中油的积累已在3,600-4,000英尺深度发现(Hazen et al., Science, Oct 8; 330(6001):204-8)。在此情况下，可使吸附材料加重，制成为负浮力，或者机械压缩，以去掉夹带的空气。

d. 用于吸附水栅的填充物

本文所述利用的OCAM可比目前使用的吸附水栅更有效地吸附油(30-40倍其自身重量)，无论它们是否由天然或制造材料组成。

e. 环境监测器

通常取水样来测定污染物的存在和/或浓度。这类污染物包括在从中提取海产食物和(在淡水的情况下)饮水的水中的石油烃。浓度可能低得不能由常规方法检测。另外，一些环境危害的持续时间和/或间歇短，使得如果取样的时间尺度不对准***地或随机地发生的污染事件就难以检测。OCAM可用作取样器，其通过时间和空间累积，覆盖一段时间并暴露于给定体积水。由于污染物会由OCAM捕获，因此，可识别为一种或多种具体化合物并追踪。

作为环境监测器，例如，可轻柔地泵送水，以迫使水通过包含OCAM的过滤器装置。可将量表并入装置，以测量通过装置的水的量，从而按单位精确计算污染物的浓度，例如，标准单位，例如mg/l或μg/l。

f. 脱盐过滤器

OCAM可作为过滤器用于脱盐装置。例如，可使OCAM以垂直姿势固定，然后，任选跨脱盐装置的入***错。以那种方式，进入脱盐装置的水冲击在OCAM上。一旦OCAM用油和其它污染物饱和，与OCAM接触的任何另外的油和污染物就被从OCAM排斥开(即，油和其它污染物不穿过OCAM，而是被排斥)。

g. 河口过滤器

可用OCAM使可被包围或半包围的河湾去污。这种材料的高敏感性质使其可在例如在具有低潮流量的河口中的小河湾内用作开阔水面石油烃过滤器。OCAM可甚至在低浓度毒性石油烃或分散剂在水中溶解、悬浮或乳化之处有效。可使OCAM以垂直姿势固定，然后，任选跨河湾的入***错。以那种方式，伴随每次潮汐变化进入或离开河湾的水冲击在OCAM上。因此，可降低污染水中的石油烃浓度。在漏油事件期间或之后，可以固定间隔更换或拧干OCAM。部署OCAM可帮助保护有价值的渔场。

5. 试剂盒

本发明提供一种可用于分析、监测或处理漏油的试剂盒。试剂盒可包含本文所述金属氧化物、和纤维和/或基体。试剂盒可进一步包含使用试剂盒和进行分析、监测或处理的说明书。

试剂盒也可包含一个或多个容器，例如管形瓶或瓶，各容器包含单独的试剂。试剂盒可进一步包含书面说明书，说明书可描述如何进行或说明分析、监测、处理或本文所述的方法。

本发明具有由以下非限制实施例说明的多个方面。

实施例

实施例 1

OCAM

使乔治亚棉纤维经过针剌制毡，由此制备具有0.91米宽度、4.54米长度和4.12m²表面积的棉纤维基体。然后使片在片的两侧均经过氧化铝饱和喷洒。然后将片干燥，并用于下述实地试验。

实施例2

实地试验用材料和方法

关于实地部署，可选择两个地点用于实地试验。作业使用的船为LUMCON的RJV Whiskey Pass，一种9m单壳开放结构船，由两个高动力舷外马达提供动力。

第一地点(地点1)是路易斯安那州科科德里(Cocodrie)南的廷巴岛(Timbalier Island)(29°05'N, -90°32'W)。在岛的西北端进行部署，因为在此区域怀疑有中间规模的旋涡。这是由于来自东部的已知主要沿岸流和岛的向南弯曲的新月形。浸没油或表面油可能在此处存在。

在此地点，我们按次序使用两个浸没取样装置。各装置包括片状吸附材料的0.9×4.5m片，固定到两段钢筋(每端各一)。将材料包裹在钢筋周围，并用电缆扎匝固定。材料从连接到船头的伸到船左舷的杆拖曳。为了避免被船发动机释放的石油烃潜在污染，不使材料伸出船尾之外。

第一试验在11:08 hrs开始。材料由船以0.5-0.7节(knot)拖拉，几乎浸没地通过水30分钟。前部重复取样。由于在海水中的浮力，并非全部的吸附材料浸没。其75%完全浸没，其余间歇浸没。然而，材料的整个底面一直与水接触。

在收回材料时，拧出液体。将液体接收在EPA标准制备琥珀瓶(prep. amber jar)中。将所有样品瓶贴上标签，送回到实验室，并在4℃储存。将所用的吸附材料放在黑色、耐用的不透明塑料袋中，贴上标签，送回到实验室，并在-20℃储存。

第二试验在相同区域进行。在用材料尝试第二次拖网之前，我们向底杆增加重物。也在前部钢筋支撑物上放2-4磅重物。也沿着材料以均匀间隔放三段额外的钢筋，每个上以一个1磅潜水压重来加重。也将4磅铅锤加到尾部钢筋，以保证其下沉。设计此构型以对表面呈45°平均角度的凹形方式保持材料。这允许材料处于完全浸没，并且所有侧与接近的水接触。

第二浸没装置在1312 hrs部署，并拖拉它45分钟。对于那个时间，它保持完全浸没。拖网速度为1.0节。在此情况下，在收回材料后，我们用衣物手拧技术从材料收集液体。

我们在泰勒博恩湾()北端邻近路易斯安那州科科德里的岩岛(

)(29°14'54"N, -90°39'4'W)进行类似试验，在那里已报告盐沼已被漏油污染。在此部署中，目的是在水的表面试验材料，并尝试捕获在表面上漂浮的任何石油烃。在到达那里时，我们观察在岛上为收回而布置的水栅，表明此区域可能在前不久被油污染。

此取样装置的前件和后件由2.5cm直径的木制定位销杆(dowel rod)构成。这保证材料处于漂浮和展开。此第二取样装置也具有0.91×4.54m的大小(4.12m ²)，并且从船的左舷部署。在1505 hrs开始，以0.6-0.8节将它拉45分钟。

关于实验室分析，在1星期内，将所有样品和用过的材料快送到Sherry Laboratories，Lafayette，LA进行化学分析。初始分析为用气相色谱(GC)检测可能存在的石油烃种类，主要用碳数作为标志。一旦确定这些种类与那些已知在原油中存在的种类一致，就决定通过气相色谱-质谱(GCMS)进行分析，用来识别存在的具体化合物、它们的相对丰度和它们的浓度。

实施例 3

实地观察结果

对于地点1，观察到具有一些积累漂流物的前部，表明旋涡类型形态。取样时船一般圆形漂流，也表明在此区域存在小的中间规模的旋涡。

在收回第一件材料时，它明显变色，有微黑色调。我们将装置收回，尽可能多地绞拧(首先尝试)到预先贴上标签的950ml EPA标准制备琥珀瓶。我们未从这此次运行得到很多物质，大概1-2瓶液体加上溶解和悬浮的物质。

在收回第二浸没取样装置时，几乎全部取样材料都很黑—深灰至黑色。从材料底部也明显看到，我们已用它接触到底部沉积物。利用第二浸没装置使用更有效的手拧方法，我们使收集的液体的量增加为约7倍。

第三表面定向的取样装置证实为很有浮力。在拉它时，明显的是上侧保持大体上干燥。水未溅泼到装置顶部上。然而，在数分钟后水确实显得在顶部上结珠，并继续在那里积累。最有趣的是这些水珠相当清澈—丝毫未变色，尽管海湾水呈高度变色的淡绿色/棕色。在我们收回材料时，它看来几乎没有吸附任何液体。它重量很轻，颜色很浅。引人注意的是材料的顶侧具有其平常的粗糙棉质地，但下侧有光滑丝状的“粘滑”感，就好象在其表面上吸附有什么东西一样。从该材料绞拧一些液体，但只得到少量，大概10-20ml。将液体样品和材料贴上标签，并如上所述储存。

实施例 4

结果 - 实验分析

所有样品通过GC的分析显示在所有情况下石油烃的存在—在液体样品和材料中(图4和6)。两个最突出类别分成“柴油”和“油”范围。从材料取出的水样品中这些种类的估计浓度列于表1中。垫料显示相同种类峰，虽然丰度较低。

表面试验得到显著量液体用于初步GC分析，但不用于GCMS。实际上，表1中所示化合物“<2.0mg l^-1”的报告只表示化合物以低于仪器检测限的量存在。

从浸没试验#1得到的水样品中由GCMS识别的化合物列于表2中(原始数据和色谱图可分别见于图5和7中)。按浓度分级的它们的丰度显示于图1中。化合物分成石油烃、醇(其中一些已知为英国石油公司深水地平线()漏油中使用的分散剂的毒性组分)和其它混杂化合物(包括咖啡因)的种类。

材料自身的萃取只产生四种可识别化合物，并且是少量。这些化合物均未出现在从材料得到的水样品中。还从材料萃取出16种另外的化合物，但基于所用的实验室参比库无法识别。

从处理实验室收到的原始报告和图表显示于图4-6中。也得到从浸没1-1试验的含水样品分离的化合物与已知化合物的库参比数据进行比较的原始色谱，具有识别的匹配概率细节。数据未显示。

通过估计取样时间内冲击在材料表面上的水的体积，计算所取样的水中这些化合物的浓度。计算使用以下变量：

材料宽度：0.91m

材料长度：4.54m

材料的表面积：4.12m²

假定与材料相互作用的水深度：3mm

船速度：0.6节=30.86cm 秒^-1

拖曳时间：30分钟=1.8×10³秒

与材料相互作用的水的估计体积：7,004升。

由材料收集的化合物的浓度显示于表1(见图2)和2(见图3)中。

Claims (57)

1. 一种有机化合物吸附材料，所述材料包含纤维和金属氧化物，其中材料布置为基体。

2. 权利要求1的材料，其中纤维选自聚酯、尼龙、棉及其组合。

3. 权利要求1的材料，其中纤维为选自针织纤维、织造纤维和纺粘纤维的形式。

4. 权利要求1的材料，其中基体选自松散填充织物、织造织物、非织造织物和针刺织物。

5. 权利要求4的材料，其中非织造织物被制毡。

6. 权利要求4的材料，其中针刺织物为非织造织物。

7. 权利要求1的材料，其中纤维为两种或更多种纤维的掺合物。

8. 权利要求2的材料，其中棉为生长于美国乔治亚州的棉。

9. 权利要求2的材料，其中棉为天然棉。

10. 权利要求9的材料，其中棉为漂白棉。

11. 权利要求7的材料，其中掺合物为天然棉和漂白棉的掺合物。

12. 权利要求1的材料，其中金属氧化物选自氧化铝、二氧化硅、碳、钛、锆、铜(I)、铜(II)、钠、镁、锂、银、铁(II)、铁(III)、铬(VI)、钛(IV)、锌及其组合。

13. 权利要求12的材料，其中氧化铝具有选自γ、η、ρ、χ、χ-ρ和θ的转化态。

14. 权利要求12的材料，其中碳为活性炭。

15. 权利要求1的材料，其中材料在一侧或多侧上包含金属氧化物。

16. 权利要求15的材料，其中材料在两侧上包含金属氧化物。

17. 权利要求1的材料，其中材料用金属氧化物饱和。

18. 一种制造权利要求1的材料的方法，所述方法包括：

(a)使纤维与金属氧化物接触，以形成金属氧化物纤维；

(b)将金属氧化物纤维布置成基体；和

(c)使金属氧化物纤维基体干燥，以形成权利要求1的有机化合物吸附材料。

19. 权利要求18的方法，其中步骤(a)通过将金属氧化物喷涂到纤维上来完成。

20. 权利要求18的方法，其中金属氧化物纤维基体通过选自流化床干燥、空气干燥、单程烘箱干燥、双程烘箱干燥和三程烘箱干燥的方法来干燥。

21. 权利要求18的方法，其中金属氧化物纤维基体在干燥前经酸处理。

22. 权利要求18的方法，其中纤维选自聚酯、尼龙、棉及其组合。

23. 权利要求18的方法，其中纤维选自针织纤维、织造纤维和纺粘纤维。

24. 权利要求18的方法，其中基体选自松散填充织物、织造织物、非织造织物和针刺织物。

25. 权利要求24的方法，其中非织造织物被制毡。

26. 权利要求24的方法，其中针刺织物为非织造织物。

27. 权利要求22的方法，其中纤维为两种或更多种纤维的掺合物。

28. 权利要求22的方法，其中棉为生长于美国乔治亚州的棉。

29. 权利要求22的方法，其中棉为天然棉。

30. 权利要求29的方法，其中棉为漂白棉。

31. 权利要求27的方法，其中掺合物为天然棉和漂白棉的掺合物。

32. 权利要求18的方法，其中金属氧化物选自氧化铝、二氧化硅、碳、钛、锆、铜(I)、铜(II)、钠、镁、锂、银、铁(II)、铁(III)、铬(VI)、钛(IV)、锌及其组合。

33. 权利要求32的方法，其中氧化铝具有选自γ、η、ρ、χ、χ-ρ和θ的转化态。

34. 权利要求32的方法，其中碳为活性炭。

35. 一种制造权利要求1的材料的方法，所述方法包括：

(a)使纤维基体与金属氧化物接触，以形成金属氧化物纤维基体；和

(b)使金属氧化物纤维基体干燥，以形成权利要求1的有机化合物吸附材料。

36. 权利要求35的方法，其中步骤(a)通过将金属氧化物喷涂到纤维基体上来完成。

37. 权利要求35的方法，其中金属氧化物纤维基体通过选自流化床干燥、空气干燥、单程烘箱干燥、双程烘箱干燥和三程烘箱干燥的方法来干燥。

38. 权利要求35的方法，其中金属氧化物纤维基体在干燥前经酸处理。

39. 权利要求35的方法，其中纤维选自聚酯、尼龙、棉及其组合。

40. 权利要求35的方法，其中纤维选自针织纤维、织造纤维和纺粘纤维。

41. 权利要求35的方法，其中基体选自松散填充织物、织造织物、非织造织物和针刺织物。

42. 权利要求41的方法，其中非织造织物被制毡。

43. 权利要求41的方法，其中针刺织物为非织造织物。

44. 权利要求39的方法，其中基体为两种或更多种纤维的掺合物。

45. 权利要求39的方法，其中棉为生长于美国乔治亚州的棉。

46. 权利要求39的方法，其中棉为天然棉。

47. 权利要求46的方法，其中棉为漂白棉。

48. 权利要求44的方法，其中掺合物为天然棉和漂白棉的掺合物。

49. 权利要求35的方法，其中金属氧化物选自氧化铝、二氧化硅、碳、钛、锆、铜(I)、铜(II)、钠、镁、锂、银、铁(II)、铁(III)、铬(VI)、钛(IV)、锌及其组合。

50. 权利要求49的方法，其中氧化铝具有选自γ、η、ρ、χ、χ-ρ和θ的转化态。

51. 权利要求49的方法，其中碳为活性炭。

52. 一种从水回收油的方法，所述方法包括：

(a)使含油水与权利要求1的材料接触；

(b)保持接触足以使材料吸附一定量油的时间；

(c)使材料从水分离；和

(d)从材料绞拧吸附的油。

53. 权利要求52的方法，其中使含油水与权利要求1的材料接触的行为包括将材料浸没到含油水中。

54. 权利要求52的方法，其中使含油水与权利要求1的材料接触的行为包括使材料飘浮于含油水上。

55. 权利要求52的方法，其中绞拧的行为包括将材料输送通过辊。

56. 权利要求52的方法，其中使含油水与权利要求1的材料接触的行为包括使材料从船落入含油水中。

57. 权利要求53的方法，其中将材料加重。

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