|
|
больше ...
Термины запроса в документе
Реферат
[RU] Ацетат целлюлозы или поливинилпирролидон путем электропрядения превращают в волокна, имеющие диаметры нанометрового размера, чтобы изготавливать первый мат, который способен абсорбировать углеводороды. Второй мат можно изготавливать из раствора ацетата целлюлозы или поливинилпирролидона, дополнительно содержащего триоксид вольфрама. Раствор подвергают электропрядению на медной сетке и затем термически окисляют, образуя наноструктуру, включающую решетку или сетку из кристаллов триоксида вольфрама и кристаллов оксида меди. Нанорешетка способна фотокатализировать разложение углеводородов на диоксид углерода и воду. Решетку можно сочетать с первым матом для разложения углеводородов, которые абсорбирует первый мат. 
Полный текст патента
(57) Реферат / Формула:
Ацетат целлюлозы или поливинилпирролидон путем электропрядения превращают в волокна, имеющие диаметры нанометрового размера, чтобы изготавливать первый мат, который способен абсорбировать углеводороды. Второй мат можно изготавливать из раствора ацетата целлюлозы или поливинилпирролидона, дополнительно содержащего триоксид вольфрама. Раствор подвергают электропрядению на медной сетке и затем термически окисляют, образуя наноструктуру, включающую решетку или сетку из кристаллов триоксида вольфрама и кристаллов оксида меди. Нанорешетка способна фотокатализировать разложение углеводородов на диоксид углерода и воду. Решетку можно сочетать с первым матом для разложения углеводородов, которые абсорбирует первый мат.
2420-512471ЕА/019 ВОЛОКНИСТЫЕ МАТЫ, ПОКРЫТЫЕ НАНОРЕШЕТКОЙ АКТИВНЫХ В ВИДИМОМ СПЕКТРЕ ФОТОКАТАЛИЗАТОРОВ, ДЛЯ АБСОРБЦИИ, УДАЛЕНИЯ И ОКИСЛИТЕЛЬНОГО РАЗЛОЖЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ
ПРАВИТЕЛЬСТВЕННАЯ ПОДДЕРЖКА Настоящее изобретение частично поддерживал Национальный научный фонд США в рамках контрактов DMR 1046599, 1106168 и 1156513. Правительство имеет определенные права на настоящее изобретение.
ПРИОРИТЕТ
Настоящая заявка испрашивает приоритет в отношении предварительных патентных заявок США, зарегистрированных под № 61/501436 от 27 июня 2011 г. и № 61/544122 от 07 октября 2011 г.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ Настоящее изобретение относится к электроспряденным матам, содержащим нановолокна, включая маты из нановолокон ацетата целлюлозы, и к их использованию для удаления углеводородов из водных сред, а также к композициям и способам для окислительного разложения углеводородов с использованием керамических наноструктур, которые являются фотокаталитическими при помещении в решеткоподобную конфигурацию или нанорешетку. В частности, нанорешетки, нанесенные поверх или вблизи поверхности электроспряденных матов из абсорбирующих углеводороды нановолокон, используют для удаления нефти с поверхности водоема.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ Поскольку ацетат целлюлозы можно производить из древесной массы, и поскольку солнечный свет легко разлагает его, данный материал рассматривают как относительно дешевый и "благоприятный для окружающей среды" полимер. Он не растворяется в воде, но является гидрофильным ("смачиваемым"). Он также является слегка гидрофобным, поскольку впитывает нефть и другие углеводороды (т.е. он является "олеофильным"). Ацетат целлюлозы в разнообразных формах предложен для абсорбции слоя углеводородов на поверхности водоема. В патенте США № 3990970
Porte упомянул ацетат целлюлозы в этой связи, но не исследовал его.
Вместо этого он проводил эксперименты с "волокнистой" формой полигексаметиленадипамида, которая, подобно ацетату целлюлозы, также является смачиваемой и олеофильной. Чтобы препятствовать адипамидной волокнистой массе абсорбировать воду (после чего стала бы почти невозможной абсорбция нефти), Porte был вынужден наносить на полимер водоотталкивающий, но олеофильный материал (парафин).
Маты или листы абсорбирующего нефть материала, состоящего из волокон, имеют преимущество в некоторых приложениях, потому что этот материал можно укладывать как "настил" на покрытую нефтью поверхность и затем удалять его (вместе с абсорбированной им нефтью) в более или менее неповрежденном состоянии. В качестве альтернативы, такие маты можно модифицировать, включая в них подходящие средства, преимущественно фотокаталитические средства, которые разлагают абсорбированную нефть на месте. Волокна из ацетата целлюлозы, надлежащим образом обработанные для подавления их гидрофильности, использовали в изготовлении матов для абсорбции нефти согласно патенту США № 4102783 (Zenno и др.) . Однако необходим легко изготавливаемый абсорбирующий нефть мат, включающий волокна из ацетата целлюлозы или другого материала, которому не требуется химическая предварительная обработка для достижения приемлемой гидрофобности. Кроме того, необходимо более эффективное средство для разложения углеводородов, преимущественно в сочетании с матом, чтобы способствовать взаимодействию между процессом абсорбции и процессом разложения.
Химические связи в соединении могут разрушаться при нагревании или возмущении, производимом в электронной конфигурации связей энергией света, действующего на соединение. В присутствии кислорода фотоокисление может разрушать связи углерод-водород и углерод-углерод в молекулах углеводородов, оставляя только диоксид углерода и воду. Хорошо известным является прямой фотолиз или фоторазложение, а также
фотокатализ. В последнем случае, как правило, используются
полупроводниковые свойства металла или оксида металла, такого
как Т1О2. Здесь имеющий достаточную энергию свет, который
попадает на металл, способен "поднимать" (в
квантовомеханическом смысле) электрон от валентной зоны металла до его зоны проводимости. В этом возбужденном состоянии поверхность металла может индуцировать образование протонов и гидроксильных свободных радикалов, а также разрушение электронной конфигурации химических связей окружающих молекул углеводородов, образуя диоксид углерода и воду или, по меньшей мере, органические соединения, которые легче подвергаются биологическому разложению.
Задача эффективности разложения углеводородов привела специалистов данной области техники в целом и заявителей в частности к поиску менее дорогостоящих и более энергосберегающих альтернатив Ti02 для расширения интервала частот в видимом спектре, по отношению к которым катализатор является чувствительным, и максимального повышения степени контакта между молекулами, подлежащими разложению, и поверхностью катализатора.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно одному варианту осуществления, настоящее изобретение предлагает систему, включающую: а) загрязненную нефтью поверхность водоема; Ь) химически необработанный нетканый мат, включающий нановолокна, необязательно в сочетании с фотокаталитической нанорешеткой; и с) приспособление для нанесения вышеупомянутого мата на вышеупомянутую поверхность. Согласно одному варианту осуществления, вышеупомянутый мат включает нановолокна, у которых диаметр составляет более чем приблизительно 10 нм и менее чем приблизительно 5 мкм, предпочтительно менее чем приблизительно 1000 нм, предпочтительнее менее чем приблизительно 500 нм.
Согласно одному варианту осуществления, вышеупомянутые нановолокна изготавливают в процессе электропрядения. Согласно одному варианту осуществления, вышеупомянутые нановолокна изготавливают путем электропрядения в таких условиях, что
вышеупомянутые нановолокна прикрепляются к материалу основы или к нановолокнам, которые уже прикреплены к вышеупомянутому материалу основы, превращаясь в прикрепленные к основе нановолокна. Согласно одному варианту осуществления, вышеупомянутые прикрепленные нановолокна образуют нетканый необработанный мат, включающий вышеупомянутые нановолокна. Согласно одному варианту осуществления, вышеупомянутые нановолокна и вышеупомянутый мат не прикрепляются к вышеупомянутому материалу основы. Согласно предпочтительному варианту осуществления, вышеупомянутый мат обратимо прикрепляется к вышеупомянутому материалу основы. Согласно одному варианту осуществления, вышеупомянутый мат имеет толщину, составляющую более чем приблизительно 50 нм и менее чем приблизительно 25 см, предпочтительно более чем приблизительно 1 мм и предпочтительнее более чем приблизительно 1 см. Согласно одному варианту осуществления, вышеупомянутый мат в присутствии воды, загрязненной нефтью или не содержащей нефти, сохраняет меньшую плотность, чем плотность воды, при стандартных или близких к стандартным уровнях давления и температуры, по меньшей мере, в течение 3 0 минут.
Согласно еще одному варианту осуществления, настоящее изобретение предлагает изделие, включающее необработанный нетканый мат, содержащий нановолокна, причем вышеупомянутый мат дополнительно содержит нефть, абсорбированную с загрязненной нефтью поверхности водоема.
Согласно следующему аспекту, настоящее изобретение предлагает способ удаления нефти с поверхности, загрязненной нефтью, причем данный способ включает размещение необработанных электроспряденных нановолокон, включающих ацетат целлюлозы, на вышеупомянутой загрязненной поверхности таким образом, что вышеупомянутая нефть адсорбируется на вышеупомянутых нановолокнах, образуя покрытые нефтью нановолокна, и удаление вышеупомянутых покрытые нефтью нановолокон с вышеупомянутой поверхности для удаления вышеупомянутой нефти с вышеупомянутой поверхности. Согласно одному варианту осуществления, вышеупомянутые нановолокна размещают на вышеупомянутой
загрязненной поверхности, образуя мат. Согласно одному варианту
осуществления, вышеупомянутый мат изготавливают на месте
применения. Согласно еще одному варианту осуществления
вышеупомянутый мат изготавливают предварительно. Согласно
одному варианту осуществления, вышеупомянутый предварительно
изготовленный мат прикрепляется к материалу основы. Согласно
еще одному варианту осуществления, у вышеупомянутого
предварительно изготовленного мата отсутствует материал основы.
Согласно одному варианту осуществления, вышеупомянутый мат
абсорбирует вышеупомянутую нефть, образуя нефтесодержащий мат.
Согласно одному варианту осуществления, вышеупомянутый
нефтесодержащий мат удаляют с вышеупомянутой загрязненной
поверхности для удаления вышеупомянутой нефти с вышеупомянутой
поверхности. Согласно одному варианту осуществления,
вышеупомянутый нефтесодержащий мат помещают в контейнер таким
образом, что вышеупомянутая нефть изолируется. Согласно одному
варианту осуществления, вышеупомянутая поверхность включает
воду. Согласно одному варианту осуществления, вышеупомянутая
вода включает водоем. Согласно одному варианту осуществления,
вышеупомянутая вода представляет собой морскую воду. Согласно
одному варианту осуществления, вышеупомянутая вода представляет
собой пресную или солоноватую воду. Согласно еще одному
варианту осуществления вышеупомянутая поверхность находится на
суше. Согласно следующему варианту осуществления,
вышеупомянутая поверхность представляет собой искусственную поверхность.
Согласно одному варианту осуществления, вышеупомянутая нефть включает эмульсию. Согласно одному варианту осуществления, вышеупомянутая эмульсия представляет собой эмульсия воды в нефти. Согласно еще одному варианту осуществления, вышеупомянутая эмульсия представляет собой эмульсия нефти в воде.
Согласно еще одному аспекту, настоящее изобретение предлагает способ удаления вышеупомянутой нефти, причем данный способ включает следующие стадии: а) размещение нетканого мата из необработанных электроспряденных нановолокон, включающих
ацетат целлюлозы, на поверхности, загрязненной нефтью, для абсорбции вышеупомянутой нефти; Ь) удаление вышеупомянутого мата с вышеупомянутой загрязненной поверхности; с) хранение вышеупомянутого мата в контейнере, d) выделение вышеупомянутой абсорбированной нефти из вышеупомянутого мата и е) изоляция вышеупомянутой выделенной нефти.
Согласно одному варианту осуществления, настоящее
изобретение предлагает фотокаталитическую нанорешетку. Согласно
предпочтительному варианту осуществления, вышеупомянутая
нанорешетка и вышеупомянутый мат находятся во взаимодействии.
Согласно одному варианту осуществления, вышеупомянутая
нанорешетка включает композит, содержащий оксид меди(II) (СиО)
и триоксид вольфрама (WO3) . Согласно еще одному варианту
осуществления, вышеупомянутая нанорешетка включает композит,
содержащий кристаллический СиО и кристаллический WO3. Согласно
предпочтительному варианту осуществления, вышеупомянутый
композит включает вышеупомянутые кристаллы СиО и вышеупомянутые
кристаллы WO3, присутствующие во взаимном соотношении 1:1.
Согласно одному варианту осуществления, кристалл СиО находится
в контакте с кристаллом WO3. Согласно одному варианту
осуществления, вышеупомянутый композит включает двойной
кристалл. Согласно одному варианту осуществления,
вышеупомянутый двойной кристалл включает кристаллический СиО и кристаллический WO3. Согласно одному варианту осуществления, вышеупомянутый кристаллический СиО находится в медной сетке. Согласно одному варианту осуществления, вышеупомянутый композит всплывает на поверхность жидкости и покрывает ее. Жидкость включает, без ограничения, водную жидкость и углеводородную жидкость или нефть.
Согласно еще одному аспекту, настоящее изобретение предлагает способ изготовление композита, включающего СиО и WO3, причем вышеупомянутый способ включает следующие стадии:
a) изготовление раствора, включающего изопропоксид вольфрама в воде;
b) гидролиз вышеупомянутого изопропоксида вольфрама с получением золь-геля, содержащего W03;
a)
c) смешивание вышеупомянутого золь-геля с уксусной
кислотой и этанолом в условиях с пониженным содержанием
кислорода;
d) добавление вышеупомянутой смеси к поливинилпирролидону
(PVP) в этаноле для получения смеси WO3, PVP и растворителя;
e) электропрядение вышеупомянутой смеси при испарении
растворителя на медной сетке с получением трехмерной сетки
нановолокон WO3-PVP на вышеупомянутой медной сетке, и
f) термическое окисление вышеупомянутого PVP и
вышеупомянутой сетке с получением вышеупомянутого композита.
Согласно одному варианту осуществления, вышеупомянутый композит изготавливают на поверхности вышеупомянутого мата. Согласно еще одному варианту осуществления, электропрядение вышеупомянутого мата и вышеупомянутой смеси WO3, PVP и растворителя происходит практически одновременно.
ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Чтобы упростить понимание описанных в данном документе вариантов осуществления настоящего изобретения, далее определен ряд терминов, которые представлены в кавычках в данном разделе "Определения". Если не определены другие условия, термины, определенные в настоящем документе, имеют значения, общепонятные обычному специалисту в областях техники, которые имеют отношение к настоящему изобретению. При использовании в настоящем описании и прилагаемой к нему формуле изобретения формы единственного числа, применяются не только для обозначения одного предмета, но распространяются на общий класс, из которого конкретный пример может быть использован в качестве иллюстрации, если иное условие не определено контекстом. Термины в данном документе использованы для описания конкретных вариантов осуществления настоящего изобретения, но их использование не ограничивает объем настоящего изобретения, за исключением того, что определено в формуле изобретения.
Выражение "выбранный из А, В и С" при использовании в настоящем документе, означает выбор одного или нескольких элементов из А, В, С.
При использовании в настоящем документе, если отсутствует определенное противоречащее условие, термин "или" при использовании в выражении "А или В", где А и В могут обозначать композицию, предмет, изделие и т.д., означает один или другой элемент (исключающее "или") или оба элемента (включающее "или"). При использовании в настоящем документе термин "включающий", который находится перед списком стадий способа, означает, что данный способ объединяет одну или несколько стадий, которые являются дополнительными к определенно перечисленным стадиям, и что одну или несколько дополнительных стадий можно осуществлять до, между и/или после перечисленных стадий, если не определено другое условие. Например, способ, включающий стадии а, b и с, означает способ из стадий a, b, X и с, способ из стадий а, Ь, с и х, а также способ из стадий х, а, b и с. Кроме того, термин "включающий", который находится перед списком стадий способа, не требует, хотя и может требовать, последовательного осуществления перечисленных стадий, если иное условие не определено контекстом. Например, способ, включающий стадии a, b и с, означает, например, способ, в котором стадии осуществляются в порядке а, с, Ь, в порядке с, Ь, а, в порядке с, a, b и т . д.
Если не определено другое условие, все числа, выражающие количества в настоящем описании и формуле изобретения, следует понимать как дополненные во всех случаях термином "приблизительно". Соответственно, если не определено противоречащее условие, численные параметры в настоящем описании и формуле изобретения представляют собой приближения, которые могут изменяться в зависимости от желательных свойств, которые требуется получать согласно конкретному варианту осуществления настоящего изобретения. В крайнем случае, не ограничивая применение доктрины эквивалентов к объему формулы изобретения, каждый численный параметр следует истолковывать в свете числа сообщенных значащих цифр с применением обычных правил округления. Однако любое численное значение, по существу, содержит отклонения, которые обязательно возникают в результате ошибок, присутствующих в измерениях по определению
данного численного значения.
Меры длины включают метр (м) , сантиметр (см), который составляет 1/100 метра, миллиметр (мм), который составляет 1/1000 метра, микрон или микрометр (мкм), который составляет 1/1000000 метра, и нанометр (нм), который составляет 1/1000000000 метра.
Термин "не", который предшествует любому определенно названному предмету или явлению и используется по отношению к нему, означает исключение только определенно названного предмета или явления. Следует понимать, что упоминание предмета или явления в настоящем документе обеспечивает основание для его включения или исключения как элемента согласно какому-либо варианту осуществления. Термин "без предварительной обработки" в настоящем документе означает, например, нановолокна, не подвергнутые химической обработке для подавления их гидрофильности перед воздействием на них воды.
Термин "изменение" и его грамматические эквиваленты при использовании в настоящем документе по отношению к какому-либо веществу и/или явлению означает увеличение и/или уменьшение количества вещества в данном объеме и/или интенсивности, силы, энергии или мощности явления, независимо от объективного и/или субъективного определения.
Термины "увеличение", "повышение", "рост" и их грамматические эквиваленты при использовании по отношению к количеству вещества и/или интенсивности, силе, энергии или мощности явления в первом образце по отношению ко второму образцу, означают, что количество вещества и/или интенсивность, сила, энергия или мощность явления в первом образце является выше, чем во втором образце на любую величину, которая является статистически значимой при использовании любого принятого в технике статистического способа анализа. Увеличение можно определять субъективно, например, когда испытатель использует свое собственное субъективное ощущение, такое как боль, ясность видимости и т.д. Уровень вещества и/или явления в первом образце можно выражать по отношению к соответствующему уровню во втором образце (например, уровень вещества и/или явление
превышает, по меньшей мере, на 10% уровень того же вещества и/или явление во втором образце). В качестве альтернативы, это различие может выражаться как различие в некоторое число раз.
Термины "сокращение", "ингибирование", "снижение", "подавление", "уменьшение" и их грамматические эквиваленты при использовании по отношению к количеству вещества и/или интенсивности, силе, энергии или мощности явления в первом образце по отношению ко второму образцу, означают, что количество вещества и/или интенсивность, сила, энергия или мощность явления в первом образце является ниже, чем во втором образце на любую величину, которая является статистически значимой при использовании любого принятого в технике статистического способа анализа.
При использовании в настоящем документе термин "мат" объединяет предметы, распространяющиеся в двух измерениях и имеющие конечную толщину в третьем измерении, причем данная толщина составляет от уровня пленки (микроны) до уровня куба или, в некоторых случаях, до уровня, превышающего величину мата, по меньшей мере, в одном из его двух других измерений. Маты, предусмотренные в настоящем изобретении для использования в качестве поглотителей нефти, предпочтительно включают волокна или состоят из ацетата целлюлозы, но не ограничиваются такими волокнами. Например, согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, предпочтительными являются маты, включающие нановолокна, состоящие из поливинилпирролидона. В любом случае, волокна, которые составляют маты, являются неткаными, то есть в них отсутствует ткань в смысле материала, изготовленного путем организации волокон в основные нити и уточные нити. Маты являются неткаными, но включают нановолокна, которые пересекают друг друга с некоторой периодичностью, образуя подобную сетке волоконную структуру. Таким образом, маты могут иметь существенную структурную целостность и эластичность, что позволяет их обратимо растягивать, сжимать, сгибать или складывать. Размеры маты (длина, ширина, толщина) определяются в зависимости от применения и не рассматриваются как ограничивающий фактор в настоящем документе.
"Ацетат целлюлозы" означает любой этерифицированный
целлюлозный полимер (который может также называться в настоящем
документе термином "полимер глюкозы" или "полисахарид"),
натуральный или синтетический, этерифицированный
предпочтительно уксусной кислотой, но без исключения других этерифицирующих групп, таких как пропионатная или бутиратная. Как правило, ацетаты целлюлозы, используемые в настоящем изобретении, являются "необработанными" в том смысле, что не созданы никакие условия для химического изменения гидрофильности ацетата целлюлозы. Термин "необработанный" не предназначен, однако, для исключения обработки волокон или изготавливаемых из них матов для других целей. Таким образом, в нановолокнах или изготавливаемых из них матов могут содержаться (в качестве примера, но не ограничения) металлы, оксиды металлов, органические или неорганические красящие вещества и т.д. Маты могут включать и другие структурные элементы, например, такие как нить или проволока, для улучшения структурной целостности мата. Другие внедренные элементы могут представлять собой сенсорные средства, средства локализации, средства идентификации, индикаторные средства для определения насыщения относительно воды или нефти и т.д.
"Изопропоксид вольфрама" представляет собой
алкоксилированную форму вольфрама, предпочтительно используемую согласно настоящему изобретению в качестве источника WO3 для изготовления нанорешеток. Другие способы получения WO3, в том числе, но не ограничиваются этим, кислотная обработка шеелита или прокаливание паравольфрамата аммония, также находятся в пределах объема соответствующих вариантов осуществления настоящего изобретения.
"С пониженным содержанием кислорода" означает состояние, в котором концентрация кислорода является недостаточной для существенного влияния на химическую реакцию. Например, считается, что реакция, проводимая в водном растворе в атмосфере азот, протекает в условиях с пониженным содержанием кислорода.
"Медная сетка" в настоящем документе означает любую сетку,
тканую или нетканую, из медных стержней, трубок или лент, причем в структурах, содержащих стержни, трубки или ленты, между этими элементами имеются промежутки.
"Термическое окисление" в настоящем документе означает процесс термической обработки, осуществляемый, как правило, в печи в присутствии кислорода, причем поверхность обрабатываемого материала окисляется.
Отличительную характеристику волокон, используемых в нескольких вариантах осуществления настоящего изобретения, представляет собой их диаметр, который ограничивается, в основном, нанометровыми размерами, составляя от 1 до 1000 нм.
Хотя необязательно приводить разъяснение причины, по которой варианты осуществления настоящего изобретения работают иным образом, чем другие структуры, считается, что распределение электростатических зарядов на нановолокнах, составляющих маты согласно вариантам осуществления настоящего изобретения, вместе с подобной решетке структуре, которую образуют нановолокна, создают эффекты поверхностного натяжения, которые отличаются от структур, включающих более крупные непряденые волокна, таким образом, мат из электроспряденных нановолокон не оказывается пропитанным водой. Следует понимать, что варианты осуществления могут включать несколько более крупные волокна без ухудшения преимуществ, которые обеспечиваются нановолокнами. Помимо своих других возможных преимуществ, электропрядение представляет собой особенно удобный способ изготовления волокон, имеющих нанометровые диаметры. При использовании в настоящем документе термины "электроспряденный", "электропряжа" и "электропрядение" используются взаимозаменяемым образом и означают способ, который запатентовал Formahls в 1934 г. в патенте США № 1975504, во всей свой полноте включенный в настоящий документ.
Маты можно изготавливать, нанося электроспряденные волокна на "материал основы", выбор которого не должен быть ограниченным в настоящем изобретении, но он будет определяться заданным использованием мата, принимая во внимание такие факторы, как растворимость в воде или углеводородах,
эластичность, прочность, гибкость и т.д. В зависимости от предполагаемого использования, материал основы можно выбирать по тенденции его прикрепления к электроспряденным нановолокнам ацетата целлюлозы (таким образом, что мат "прикрепляется" к основе). В качестве альтернативы, материал основы можно выбирать таким образом, чтобы мат был "обратимо прикреплен" к ней в той или иной степени. Согласно одному варианту осуществления, мат можно отделять от основы путем приложения механической силы. Согласно одному варианту осуществления, "скользящий слой" может быть расположен между матом и основой, таким образом, что когда допускается проникновение воды в основу, скользящий слой растворяется или "поддается" или "разрыхляется", высвобождая мат, в результате чего он "соскальзывает" с основы. В качестве альтернативы, согласно некоторым вариантам осуществления, скользящий слой может разрыхляться нефтью или органическими растворителями. Согласно еще одному альтернативному варианту осуществления, основу можно выбирать таким образом, что мат накладывается на основу без какого-либо прикрепления к ней. Согласно следующему варианту осуществления, мат можно изготавливать путем электропрядения непосредственно на поверхности, для обработки которой предназначен мат, без какого-либо промежуточного основного слой. В этом случае не требуется "предварительно изготовленный" мат. Таким образом, мат можно изготавливать на месте применения, используя устройство для электропрядения, подвешенное, например, со стрелы крана или другой опоры, или воздушного судна. Согласно еще одному аспекту, "материал основы" может включать нанорешетку, как описано и заявлено в настоящем документе.
Согласно некоторым вариантам осуществления,
электропрядение представляет собой предпочтительный способ укладки мата из нетканых нановолокон для использования в качестве трафарета, в котором изготавливают нанорешетки. Термином "нанорешетка" при использовании в настоящем документе обозначается взаимосвязанная, но "открытую" или "пористая" сетка, которую составляют наноразмерные структуры, такие как
стержни, трубки или ленты, имеющие соотношение размеров, превышающее 1. Не предусмотрено ограничение природы контакта в соединительных точках, расстояния между любыми двумя соединительными точками, площади или объема любого пустого пространства, определяемого взаимосвязанными структурами.
Термин "кристалл" при использовании в настоящем документе означает любое множество атомов, молекул или ионов, расположенных с упорядоченной периодичностью и образующих твердое тело. Термин "композит" в настоящем документе означает материал, включающий, по меньшей мере, два различающихся материала, независимо от того, что они взаимно расположены или нет в какой-либо определенной последовательности или пропорции.
Кроме того, не предполагается ограничение состава
взаимосвязанных наноструктур, но конкретные варианты
осуществления настоящего изобретения включают кристаллические
материалы, в которых отдельные кристаллы в форме стержней,
трубок или лент склонны вступать в контакт друг с другом.
Согласно конкретным вариантам осуществления, кристаллы СиО и
WO3 склонны "выравниваться", образуя отдельные стержни, трубки
или ленты, которые включают нанорешетку. Хотя необязательно
предлагать какой-либо определенный механизм, чтобы разъяснять
вариант осуществления настоящего изобретения, вероятно, что это
"объединение в линию" представляет собой следствие описанного
ниже способа изготовления. С некоторой периодичностью кристалл
СиО в ЛИНИИ находится в контакте с кристаллом WO3. Эта
конфигурация может называться в настоящем документе термином
"бикристалл". И здесь необязательно предлагать механизм,
согласно которому работает данный вариант осуществления
настоящего изобретения, но термин "бикристалл" используют,
поскольку считается, что свойства двух типов кристаллов,
учитывая их близость, создают фотокаталитическую
кристаллическую систему, причем с поверхностным воздействием кристаллов СиО на молекулы углеводородов согласуются свободные радикалы (гидроксильные и водородные), которые производятся активированными светом кристаллами WO3 и быстро разлагают углеводороды на С02 и воду.
Нанорешетки являются "самостоятельными" в том смысле, что они образуют устойчивые сетчатые структуры, которые всплывают в неповрежденном состоянии на поверхность жидкостей, включая жидкости на водной и углеводородной основе.
Термин "золь-гель" в настоящем документе означает раствор, который в соответствующих обстоятельствах может образовывать гель и, когда это допускают условия, может возвращаться в состояние раствора.
Следует понимать, что термин "нефть" используется в настоящем документе в общем смысле, означая любую жидкость или сжиженное вещество или вещества, которые стремятся всплывать на поверхность воды. В более общем смысле, данный термин предназначен для распространения на любой углеводородный материал, находящийся на поверхности, такой как область суши, каменистая поверхность и т.д. Кроме того, поверхность может быть искусственной. Неограничительные примеры включают цементные или бетонные полы и другие поверхности, такие как улицы и тротуары, асфальтовые поверхности, выложенные плиткой или кирпичом, или композитные поверхности, а также деревянные поверхности.
Термин "нефть" также предназначен для распространения на эмульгированные нефти, включая прямые эмульсии, в которых капельки нефти окружены водой (эмульсия нефти в воде) и обратные эмульсии (эмульсии воды в нефти), независимо от того, что присутствуют или отсутствуют эмульгаторы, моющие средства, поверхностно-активные вещества и т.д.
При использовании в настоящем документе не предусмотрено никакого определенного различия между терминами "адсорбировать" и "абсорбировать" по отношению к явлению поглощения матом нефти или углеводородных веществ. Любой мат, который поглощает нефть, независимо от механизма, при его использовании для заданной цели поглощения нефти, представляет собой нефтесодержащий" мат, который включает "покрытые нефтью" нановолокна. Нефтесодержащие маты можно "извлекать", используя разнообразные способы, включающие, без ограничения, физический подъем, буксировку, захват сетями или вакуумное всасывание мата, или его сжигание.
Чтобы "сохранять" нефтесодержащий мат, можно помещать его в барабан или резервуар, окружать его боновыми заграждениями, необязательно без его перемещения, и т.д. Любое такое приспособление для сохранения называется в настоящем документе термином "контейнер", при том условии, что им создается состояние, в котором нефть или ее часть отделяется
("изолируется") от окружающей среды, которая была загрязнена нефтью, причем данная окружающая среда может представлять собой любой участок, у которого или на котором имеется загрязненная поверхность, такой как перечисленные выше участки, или водоем
(с морской, пресной или солоноватой водой), имеющий загрязненную поверхность. При использовании в настоящем документе термин "загрязнение" и родственные термины означает примеси, в том числе природные или искусственные, которые являются нежелательными и/или могут оказаться токсичными для живых организмов.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 представляет полученную сканирующим электронным микроскопом фотографию нановолокон ацетата целлюлозы.
Фиг. 2 представляет фотографии ватного шарика (левый передний план) и мата из ацетата целлюлозы мат (правый передний план).
Фиг. 3 представляет фотографии ватного шарика (левое изображение), который был помещен на поверхность воды, загрязненной подкрашенным в синий цвет бензолом, и утонул, и мата из ацетата целлюлозы (правое изображение), который аналогичным образом был помещен на поверхность воды, загрязненной подкрашенным в синий цвет бензолом, и оставался в плавучем состоянии.
Фиг. 4 представляет фотографии ватного шарика (левый передний план), извлеченного из сосуда, проиллюстрированного на левом изображении фиг.3 (левый задний план), и мата из ацетата целлюлозы (правый передний план), извлеченного из сосуда, проиллюстрированного на правом изображении фиг.3 (правый задний план).
Фиг. 5 представляет полученную сканирующим электронным
микроскопом фотографию синтезированной из триоксида вольфрама/оксида меди наноструктуры, или нанорешетки, имеющей фотокаталитические свойства.
Фиг. б представляет полученную просвечивающим электронным микроскопом фотографию нанорешетки, изображенной на фиг.5, при увеличении, обеспечивающем разрешение кристаллов триоксид вольфрама и оксида меди.
Фиг. 7 сравнивает образец подкрашенного бензола (а), образец после разложения путем фотокатализа с использованием нанорешеток триоксид вольфрама/оксид меди (Ь) и образец после фотокаталитического разложения с использованием ТЮг (с) .
Фиг.8 представляет кривые дифференциальной сканирующей калориметрии поливинилпирролидон (PVP); PVP, нанесенного путем электропрядения на медную сетку; и триоксида вольфрама, растворенного в PVP.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Электропрядение представляет собой хорошо известный способ изготовления тонких нитей или волокон из растворенных полимеров. Согласно одному варианту осуществления, раствор полимера ("предшественник" нановолокон) выдавливается из шприца под действием шприцевого насоса. Раствор выдавливается через полую иглу и выходит в форме крошечных капелек. Каждая капелька немедленно проходит поле высокого напряжения. Потенциал, приложенный к раствору, который выходит из наконечника иглы, индуцирует накопление зарядов на поверхности капельки, что изменяет поверхностное натяжение капельки, заставляя поверхность "разрываться", таким образом, что капелька превращается в струйный поток заряженных волокон, которые можно собирать в форме заряженной активной матрицы, которую можно наращивать, образуя мат (см. Bishop и др. (2007 г.); Bishop и др. (2005 г.); Sawicka и др. (2006 г.); Gouma, Американо-японский симпозиум по сенсорным материалам (2004 г.); Haynes и др. (2008 г.); Haynes, диссертация на соискание ученой степени доктора философии "Электроспряденные проводящие полимерные композиты для применения в устойчивых к химическому воздействию экологических и медицинских наблюдениях" (2 008 г.); причем
каждый из данных документов во всей своей полноте включается в настоящий документ посредством ссылки; а также Andrady и др. (патент США № 7592277)).
Любая поверхность, которая является "заземленной" по отношению к потенциалу на капельке, поверхность которой только что была заряжена в электрическом поле, может служить как "коллектор" для пряденых волокон. Это обеспечивает возможность изготовления абсорбирующих нефть матов на месте применения.
Регулируя свойства электрического поля, концентрации полимера в растворе предшественника, используемый растворитель и полимер, давление и скорость потока раствора предшественника от наконечника иглы, расстояние от наконечника иглы до поверхности сбора и условия окружающей среды, включая температуру, давление и атмосферу окружающей среды, специалисты в данной области техники получают возможность производить волокна заданной толщины при заданной скорости изготовления матов, имеющих заданную плотность, пористость и толщину. Пример представляет патент США № 7901611 (Wincheski), включенный во всей своей полноте в настоящий документ для всех целей.
Диаметры нановолокон, составляющие от приблизительно 1 мкм до приблизительно 1 нм, могут оказаться полезными согласно определенный вариантам осуществления настоящего изобретения. Как правило, предпочтительным является интервал от приблизительно 1 мкм до приблизительно 10 нм. Интервал, составляющий приблизительно от 50 до 500 нм, является более предпочтительным, и интервал, составляющий приблизительно от 100 до 300 нм, является наиболее предпочтительным. Воздушная среда, содержащая газы при приблизительно стандартных парциальных давлениях и температурах от 0 до 30°С, является подходящей для изготовления нановолокон, используемых согласно вариантам осуществления настоящего изобретения, но не следует исключать и повышенные температуры, такие как температуры, используемые для термореактивных процессов. Не следует исключать также нестандартные смеси содержащихся в воздухе газов или газы, которые обычно не присутствуют в воздухе, или
нестандартные давления.
Как отмечено выше, гидрофильность ацетата целлюлозы и других целлюлозных волокон, таких как хлопок, способствует поглощению воды и одновременному уменьшению олеофильности, а также потере плавучести. Соответственно, целлюлозные материалы, как правило, не являются подходящими для использования в отделении нефти от воды, если они предварительно не обработаны для существенного повышения их гидрофобности; см. патент США № 3667982 (Marx); патент США № 6852234 (Breitenbeck); патент США № 7544635 (Liang и др.) . Авторы настоящего изобретения неожиданно обнаружили, что никакая подобная обработка не требуется для изготовления из нановолокон, пряденых нановолокон или нановолокнистых матов плавучего изделия, которое не поглощает воду до тех пор, прежде чем оно сможет поглощать углеводородные жидкости. Этот факт устраняет любую необходимость учитывать стоимость вещества (веществ), используемых для обработки, сложность обработки и влияние обработки на защиту окружающей среды и здравоохранение.
В последние годы все большее внимания привлекает
фотокаталитическое разложение органических загрязняющих веществ
в воде вследствие использования солнечной энергии в качестве
основы. В частности, полупроводники электронного типа, такие
как диоксид титана (ТЮг) , при облучении светом, имеющим более
высокую энергию, чем ширина запрещенной зоны полупроводника,
способны разлагать органические соединения (Nair и др., 1993).
Сырая нефть состоит, главным образом, из углеводородов, таких
как алканы (например, бутан и пентан), циклоалканы и
ароматические углеводороды (бензол и толуол).
Фотокаталитическое окисление сырой нефти на поверхности соленой воды изучали исследователи группы компании Heller (Nair и др., 1993 г.), которые использовали для данных исследований пигмент на основе диоксида титана. Диоксид титана в качестве фотокатализатора поглощает и возбуждается светом, у которого длина волны составляет менее чем 387 нм, для полиморфной модификации анатаза, у которой ширина запрещенной зоны составляет 3,2 A (Nair и др., 1993 г.).
Основы физической химии разложения нефти, которые подробно разъясняет цитируемая литература (Nair и др., 1993 г.), и которые представлены ниже, включают для каждого поглощенного фотона образование электронно-дырочной пары (т.е. перемещение электрона из валентной зоны в зону проводимости с образованием дырки или "электронной вакансии" в валентной зоне, что представляет уравнение 1:
hv^ е+ h (1)
При диффузии дырки к поверхности частицы диоксида титана в реакции с адсорбированной молекулой воды образуются гидроксильный радикал ОН и протон (см. равнение 2):
Н++ НгО-^Н++ НО* (2)
Уравнение 3 объясняет, как сохраняется нейтральность заряда в течение данного процесса, приводящего к образованию пероксида водорода:
2е-+2Н++02-+Н202 (3)
Часть пероксида может разлагаться (см. уравнение 4) 2Н2О2-* 2Н2О + О2 (4)
Гидроксильные радикалы затем инициируют окисление углеводорода, образуя в качестве продуктов диоксид углерода, воду и растворимые в воде органические соединений (альдегиды, кетоны, феноляты, карбоксилаты), которые могут "подвергаться быстрому биологическому разложению под действием морских бактерий (Nair и др., 1993); см., например, уравнение 5
RCH2CH2R' + 'OH^RC HCH2R' + Н20 (5)
в ходе фотокаталитического окисления, которое было определено как "катализируемый свободными радикалами термодинамически самопроизвольный процесс... который протекает при температуре окружающей среды" (Nair и др., 1993) . Фотокатализируемое диоксидом титана окисление устраняет полициклические ароматические углеводороды (некоторые из них представляют собой известные канцерогены), а также фенолы (продукты естественного фотоокисления), которые далее
разлагаются, образуя полимерные смолы, которые с трудом подвергаются биологическому разложению (Nair и др., 1993) . Таким образом, катализируемое оксидами фотоокисление представляет собой наиболее перспективный путь к эффективному и благоприятному для окружающей среды разложению нефти.
Эффективность фотокаталитического окисления частиц анатаза
(ультрафиолетовых коллекторов) уменьшается в результате рекомбинации электронов и дырок и образования воды, что замедляет скорость окисления под действием солнечного излучения
(Nair и др., 1993) . Однако "приблизительно от 96,0 до 97,0% солнечного излучения на уровне моря составляют фотоны, которые не обладают достаточной энергией, чтобы способствовать переходу электронов из валентной зоны в зону проводимости ТЮг
(анатаза)" (Nair и др., 1993) . По этой причине в вариантах осуществления настоящего изобретения используются оксидные фотокатализаторы, которые поглощают солнечное излучение в видимом диапазоне, для повышения эффективности очистки, которую выражают скорость разложения нефти и высокая чувствительность.
WO3 представляет собой чувствительный к видимому свету фотокатализатор образования кислорода, который имеет потенциал валентной зоны, близкий к потенциалу диоксида титана, и из этого следует, что "окислительная способность дырки в валентной зоне WO3 является почти такой же, как в случае ТЮ2 (Chai и др., 2006 г.) . Однако известно, что WO3 проявляет низкую активность в отношении разложения органических соединений (Chai и др., 2006 г.). Хотя Pd и Pt являются эффективными как сокатализаторы полного фоторазложения органических соединений под действием видимого света, они имеют слишком высокую стоимость для практического использования в восстановлении окружающей среды.
Оксид меди(II) (СиО) считается экономичным, и он может легко составлять альтернативу благородным металлам в качестве сокатализатора (Chai и др., 2006), но в технике (Arai и др., 2009 г.) известно, что для повышения фотокаталитической активности WO3 с помощью СиО частицы различных оксидов должны находиться в контакте друг с другом. Достижение какого-либо полезного эффекта оказывается невозможным путем простого
смешивания порошков. Неожиданно авторы настоящего изобретения обнаружили, что такой контакт - фактический "бикристалл" СиО и WO3 - можно создавать способами, описанными в настоящем документе.
Варианты осуществления настоящего изобретения сочетают два способа синтеза для получения новых трехмерных нанорешеток в системе CUO/WO3, которая выступает как бикристалл. Золь-гель WO3 и полимер (предпочтительно ацетат целлюлозы (СА) или поливинилпирролидон (PVP)) наносят на медные решетки путем электропрядения, после которого следует термическая обработка; на последней стадии Си окисляется до СиО, и одновременно кристаллизуется аморфный WO3, и в результате этого образуются частицы кристаллического WO3. Полученная структура состоит из самостоятельных трехмерных матов с конфигурацией частиц WO3 и СиО в соотношении 1:1 в "фотокаталитической решетке" или "сетке" с высоким соотношением размеров и чрезвычайно высокой удельной поверхностью для протекающих поверхности реакций. "Нановолокна", которые составляют сетку, представляют собой ориентированные кластеры оксидов металлов, но они создают структуру, которая является простой в обращении и достаточно прочной, чтобы выдерживать вибрации и встряхивание, а также достаточно устойчивой, чтобы предотвращать растворение частиц в среде (соленой) воды.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Данные примеры иллюстрируют представительные методики, используемые в описании настоящего изобретения, изложенного в данном документе. Эти методики не следует рассматривать как ограничительные, поскольку являются достаточными также любое аналогичные или сопоставимые методики, достигающие таких же конечных целей с точки зрения специалиста в данной области техники.
Пример 1. Раствор предшественника и электропрядение Готовили раствор предшественника, содержащий 15 мас.% ацетата целлюлозы с приблизительной молекулярной массой 29000, в смеси уксусной кислоты и ацетона в соотношении 4: б путем ультразвуковой обработки в течение одного часа. Электропрядение
осуществляли, используя шприц объемом 10 мл с нержавеющей стальной иглой калибра 20, а прилагаемое напряжение составляло 19 кВ на расстоянии 15 см. Шприцевой насос регулировали для подачи раствора при скорости потока 9, б мл/ч, и все прядение осуществляли в условиях окружающей среды. Фиг.1 представляет собой полученное сканирующим электронным микроскопом (SEM) изображение нанесенных нановолокон.
Пример 2. Абсорбирующие нефть маты Фиг.2 представляет фотографии обычного ватного шарика (слева) и мата из ацетата целлюлозы (справа), масса которого составляла приблизительно половину массы ватного шарика. Бензол подкрашивали, используя синий краситель Unisol blue AS, чтобы способствовать визуализации абсорбционной активности матов из ацетата целлюлозы. В двух сосудах смешивали по 2 мл подкрашенного бензольного раствора и 10 мл воды (фиг.З). Для левой фотографии на поверхность смеси бензола и воды помещали приблизительно 0,4 г ваты. Для правой фотографии на поверхность смеси бензола и воды помещали приблизительно 0,2 г мата. Вата быстро тонула, опускаясь через бензольный слой в воду. Мат моментально пропитывался бензолом, оставаясь на поверхности, и сохранял подкрашенный бензол, как показывает правая фотография на фиг.3.
Пример 3. Сравнение целлюлозного волокна (ватного шарика) и мата из нановолокон ацетата целлюлозы
Фиг. 4 представляет фотографии извлеченного ватного шарика (в чашке на переднем изображении слева) и извлеченного мата из ацетата целлюлозы. Контейнер на заднем изображении слева сохранил весь свой бензол; на ватном шарике отсутствуют следы красителя. Справа на фиг.4. (в передней чашке) находится подкрашенный синим красителем нановолокнистый мат, извлеченный из контейнера, представленного на заднем изображении. В контейнере не виден подкрашенный бензол.
Пример 4. Изготовление нанорешеток
Золь-гели для растворов изготавливали, добавляя воду к 1,5 г изопропоксида вольфрама (Ci8H4206W) . Гидролиз осуществляли в перчаточной камере в регулируемой атмосфере, и полученный
раствор механически перемешивали внутри перчаточной камеры в течение 5 минут. После этого на раствор воздействовали ультразвуком в течение 2 часов и затем выдерживали в течение 24 часов для обеспечения полного гидролиза раствора.
Смешивали 1,5 г золь-геля WO3 с 3 мл уксусной кислоты и 3 мл этанола в заполненной азотом перчаточной камере. Затем смешанный раствор извлекали из перчаточной камеры и добавляли к этанольному раствору 10 мас./об% поливинилпирролидона PVP с приблизительной молекулярной массой 1300000 (Aldrich), после чего в течение приблизительно 30 минут осуществляли обработку на ультразвуковой бане. Смесь немедленно набирали в шприц, снабженный иглой калибра 22. Иглу присоединяли к источнику высокого напряжения и помещали вертикально на высоте 7 см над медной сеткой, содержащей 2 00 ячеек на дюйм (78 ячеек на 1 см) и изготовленной из проволоки диаметром 51 мкм (TWP Inc.), которая представляла собой заземляющий электрод.
Шприцевой насос программировали для подачи 5 мл раствора PVP при скорости потока 3 0 мкл/мин. После приложения высокого напряжения (25 кВ) на наконечнике иглы получалась струя раствора. Растворитель испарялся в процессе движения, и нетканый мат из волокон осаждался на медную сетку. Термическое окисление композита из медной сетки и нановолокон осуществляли
при 500°С в течение 5 часов для полного обжига PVP.
В процессе термического окисления, прежде всего, кристаллы СиО внедряются в нановолокна PVP, которые уже содержат аморфный WO3. В ходе термического процесса образуются кристаллы WO3 в пространстве между кристаллами СиО. Приблизительно при 500°С происходит обжиг PVP, который можно наблюдать на кривой дифференциальной сканирующей калориметрии, представленной на фиг.8, и остается сетка из "волокон" (фиг.5), которые образуют кристаллы WO3 в контакте с кристаллами СиО (фиг.б). Полученная сетка или "нанорешетка" из волокон оксидов металлов имеет фотокаталитические свойства.
Фотокаталитическое разложение бензола осуществляли в стеклянном сосуде (фиг.7). По 2,6 мл подкрашенного бензола
(использовали синий краситель Unisol blue AS от компании Sigma-Aldrich) помещали в каждый из трех сосудов, синтезированный WO3/CUO добавляли в сосуд (Ь) , и ТЮ2 (Degussa р-25 от компании Sigma-Aldrich) добавляли в сосуд (с). Дно каждого сосуда облучали светом ксеноновой лампы мощностью 300 Вт (Newport). Использовали фильтр AM 1,5, имитирующий солнечное излучение, соответственно. После облучения светом полного спектра в течение 50 часов сохраняется "дымчатый" осадок, но бензол почти или совсем не остается в сосуде (Ь) , в то время как
(обесцвеченный) бензол в значительном количестве остается в сосуде (с).
Фиг. 5 представляет примерное изображение нанорешетки, полученное сканирующим электронным микроскопом. При более высоком разрешении, которое обеспечивает просвечивающий электронный микроскоп, на изображении элементов нанорешетки (фиг.б) можно видеть кристаллы, расположенные в пределах нескольких нанометров друг от друга.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Система, включающая:
a) загрязненную нефтью поверхность водоема;
b) необработанный нетканый мат, включающий нановолокна, и
c) приспособление для нанесения вышеупомянутых нановолокон на вышеупомянутую поверхность.
2. Система по п.1, в которой вышеупомянутые нановолокна имеют диаметр, составляющий более чем приблизительно 10 нм и менее чем приблизительно 1000 нм.
3. Система по п.1, в которой вышеупомянутые нановолокна изготавливают путем электропрядения.
4. Система по п.З, в которой вышеупомянутые нановолокна изготавливают путем электропрядения в таких условиях, что вышеупомянутые нановолокна прикрепляются к материалу основы или к нановолокнам, прикрепленным к вышеупомянутому материалу основы, образуя вышеупомянутый мат.
5. Система по п. 4, в которой вышеупомянутый мат обратимо прикрепляется к вышеупомянутому материалу основы.
6. Система по п.З, в которой вышеупомянутый мат не прикрепляется к вышеупомянутому материалу основы.
7. Система по п.1, в которой вышеупомянутый мат имеет толщину, составляющую более чем приблизительно 50 нм и менее чем приблизительно 25 см.
8. Изделие, включающее необработанный нетканый мат, включающий нановолокна, где вышеупомянутый мат дополнительно включает нефть, абсорбированную с загрязненной нефтью поверхности водоема.
9. Способ удаления нефти с поверхности, загрязненной нефтью, причем данный способ включает размещение необработанных электроспряденных нановолокон, включающих ацетат целлюлозы, на вышеупомянутой поверхности.
10. Способ по п.9, в котором: а) при вышеупомянутом размещении образуется необработанный мат, включающий вышеупомянутые нановолокна, и Ь) вышеупомянутый мат абсорбирует вышеупомянутую нефть.
11. Способ по п. 9, в котором: а) вышеупомянутые
нановолокна находятся в необработанном предварительно изготовленном мате; Ь) вышеупомянутый предварительно изготовленный мат размещают на вышеупомянутой загрязненной поверхности, и с) вышеупомянутый предварительно изготовленный мат абсорбирует вышеупомянутую нефть.
12. Способ по п.11, в котором вышеупомянутый
предварительно изготовленный мат прикрепляется к основе.
13. Способ по п.9, в котором вышеупомянутая поверхность включает воду.
14. Способ по п.13, в котором вышеупомянутая вода включает водоем.
15. Способ по п.14, в котором вышеупомянутый водоем представляет собой морскую воду.
16. Способ по п.14, в котором вышеупомянутый водоем представляет собой пресную или солоноватую воду.
17. Способ по п.9, в котором вышеупомянутая поверхность находится на суше.
18. Способ по п. 9, в котором вышеупомянутая поверхность представляет собой искусственную поверхность.
19. Способ по п.9, в котором вышеупомянутая нефть включает эмульсию, выбранную из группы, которую составляют эмульсия воды в нефти и эмульсия нефти в воде.
20. Способ удаления нефти с поверхности, загрязненной нефтью, причем данный способ включает следующие стадии: а) размещение необработанного нетканого мата из необработанных электроспряденных нановолокон, включающих ацетат целлюлозы, на вышеупомянутой поверхности для абсорбции вышеупомянутой нефти и образование нефтесодержащего мата; Ь) удаление вышеупомянутого нефтесодержащего мата с вышеупомянутой загрязненной поверхность, и с) хранение вышеупомянутого мата в контейнере.
21. Способ по п. 2 0 включающий следующие дополнительные стадии: d) выделение вышеупомянутой абсорбированной нефти из вышеупомянутого мата и е) изоляция вышеупомянутой выделенной нефти.
22. Фотокаталитическая нанорешетка, включающая композит, содержащий, по меньшей мере, два оксида металлов.
15.
23. Нанорешетка по п.22, в которой вышеупомянутые оксиды металлов включают кристаллы.
24. Нанорешетка по п.22, в которой вышеупомянутые оксиды металлов включают оксид меди(II) (СиО) и триоксид вольфрама
(W03) •
25. Нанорешетка по п.24, в которой вышеупомянутые
кристаллы СиО и вышеупомянутые кристаллы WO3 присутствуют во
взаимном соотношении 1:1.
26. Нанорешетка по п. 2 4 в которой вышеупомянутый кристалл
СиО находится в контакте с вышеупомянутым кристаллом WO3.
27. Нанорешетка по п.25, в которой вышеупомянутые
кристаллы СиО расположены в медной сетке.
28. Нанорешетка по п.22, в которой вышеупомянутый композит всплывает на поверхность жидкости и покрывает ее.
29. Нанорешетка по п.28, в которой вышеупомянутая жидкость содержит водную жидкость.
30. Нанорешетка по п.28, в которой вышеупомянутая жидкость содержит углеводородную жидкость.
31. Нанорешетка по п.22, дополнительно включающая необработанный нетканый мат, включающий электроспряденные нановолокна из ацетата целлюлозы.
32. Нанорешетка по п.31, в которой вышеупомянутые нановолокна изготавливают путем электропрядения на вышеупомянутой нанорешетке.
33. Система по п.1, в которой вышеупомянутый мат дополнительно включает фотокаталитическую нанорешетку.
34. Способ изготовления композита, включающего СиО и WO3,
причем вышеупомянутый способ включает следующие стадии:
a) подготовку раствора, включающего изопропоксид вольфрама
в воде;
b) гидролиз вышеупомянутого изопропоксида вольфрама с получением золя-геля, содержащего WO3;
c) смешивание вышеупомянутого золь-геля с уксусной кислотой и этанолом в условиях с пониженным содержанием кислорода;
d) добавление вышеупомянутой смеси к поливинилпирролидону
(PVP) в этаноле для получения смеси WO3, PVP и растворителя;
e) электропрядение вышеупомянутой смеси при испарении
растворителя на медной сетке с получением трехмерной сетки
нановолокон WO3-PVP на вышеупомянутой медной сетке, и
f) термическое окисление вышеупомянутого PVP и
вышеупомянутой сетки с получением вышеупомянутого композита.
По доверенности
Ill
eiSMiiSiSiiiS
шШШШШШш
¦ими
iililliiiiiliil lliliii^iiii
шшшт
111
Ватный шарик
Мат из ацетата ' -целлюлозы
ФИГ. 4
liil
ЁВВ"
ФИГ. 5
Температура (°С)
1/8
1/8
1/8
1/8
1/8
1/8
4/8
4/8
5/8
5/8
|
