我們都知道海綿可以吸水,但是你知道嗎?現在有一種海綿,可以只吸油不吸水.國立清華大學材料系戴念華教授率領了一群學生,利用世界上最輕薄的材料石墨烯,研發出可油水分離的海綿,未來預計可以用來清除海洋原油污染.這項發明日前登上GoogleSolveforX網站(SFX,通稱「射月計劃」),此平臺專門刊載能有創新及突破技術,能有效率解決人類重大問題的方法,而這是臺灣學術界的首例.

由于石墨烯材質本身具有疏水親油特性,于是將石墨烯均勻涂在海綿上,加上海綿結構的孔隙,產生的毛細現象將可瞬間把油及有機溶劑吸走,一塊小小的海綿可吸收本身重量九十倍的原油,并可以重復使用.不只是原油,一般湯頭的油,或臉上的油理論上都可用同樣的方式吸收,但戴念華認為,這項發明的重點在于環境保護,未來將應用于輪船翻覆時,在大規模擴散之前迅速吸收漏油,避免污染范圍擴大造成環境災害.

簡單構想延伸出創新方法

神奇海綿的發明人為在清大納米碳材料研究室的越南籍博士生Nguyen(阮)在研究石墨烯的相關技術,發現石墨烯有親油及疏水性,但是必須讓石墨烯依附在某個載體上,才有空間容納吸收的油,于是才想到運用在海綿上,能夠將液體吸收到孔隙里.前后大約花了半年的時間,成功將石墨烯跟海綿結合.

戴念華認為這個項目或許還有其他可發揮的空間,于是就找了一群學生接手繼續研究.由于原理并不難,只要將石墨烯涂料用在海綿上,用實驗室里的設備即可完成,于是同學皆能自行復制方法.博士生賴怡廷及大四生簡明紳用計算機影像仿真了海綿如何在海水中自動吸油,及研究了要用怎樣的器材才能把油擠出來,將一系列的技術匯整成一個影片,上傳至GoogleSolveforX,完整地展現他們的研究成果.

阮先生表示,若要將石墨烯海綿的技術發揮得更有效率的話,主要是往加強有機溶劑分離的目標前進.石墨烯本身能油水分離,但是溶于水中的有機溶劑就不一定能像油一樣輕易被吸走,因此接下來要把重點放在有機溶劑與水的化學分離,如此一來除了吸附油污以外,也更能吸收其他會對環境造成污染的化學藥劑.

提升技術將效用發揮至最大

團隊中還有一位印度籍的研究生ShivamGupta,他的碩士論文在研究其他「吸油不吸水」的材料,希望能發明類似于石墨烯海綿的工具,在這環保及石油產業中找出其他解決辦法.賴怡廷及簡明紳的專題論文同樣繼續研究石墨烯技術,跟著實驗室里的同伴一起合作,將石墨烯海綿的作用提升至更上一層樓.

戴念華說,石墨烯海綿希望能運用在石油產業,由于輪船及油井漏油的事件屢見不鮮,若能讓海綿收集這些漏油,除了能保護海域不被污染以外,也能經由分解重復再利用.目前已有幾間石油公司聯系,像中油就很有興趣,也極為認同對于環境保護的想法,正在評估是否有進一步合作的空間.學生目前的實驗是將原油倒在水缸中,用滾軸裝置擠壓出油,中油則希望能用在更大的場域中操作,若實際放在海洋的漏油中,用一樣的裝置是否也可達到同樣的效果;不過尚缺乏適合的場所進行實驗.倒是有人介紹戴念華跟其他石油公司聯系,他們在運輸的過程當中若有漏油問題,就可用石墨烯海綿試試是否像在實驗室中有精準的效果.

為環境保護盡一份心力

由于石墨烯海綿的制作成本不高,以目前實驗室設備放大粗淺計算,一片長寬高分別為三十、十、一公分的海綿,根據油的密度不同,單片可吸收最大到120倍重量的油,且成本只要二十幾元,且海綿已申請到美國及臺灣專利,要進入工業量產很容易,如果接下來順利跟公司合作的話,這種石墨烯海綿將會是高效率、低成本的解決方法,因此除了得到GoogleSolveforX認同外,團隊在2015的東元「GreenTech」國際創意競賽中獲得第一名,獲得獎金四十萬元新臺幣.