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使用泥炭开采副产品——羊胡子草纤维作为溢油吸附剂
S. Suni1，2, A.-L. Kosunen3, M. Hautala4, A. Pasila5, M. Romantschuk1，2 著 姜丽红6 赵红艳6 译
（1 赫尔辛基大学生物与环境科学系 芬兰 FIN-00014
2 赫尔辛基大学生态与环境科学系 芬兰 FIN-15140
3 芬兰赫尔辛基 25B 00100
4 赫尔辛基大学农业工程和家用技术系 芬兰 FIN-00014
5 赛纳高等技术学院农学和林学系 芬兰 525 60800
6 东北师范大学泥炭沼泽研究所 长春 130024）
摘 要：过去用来收集石油避免溢油的吸附剂大都是人工合成的，这就限制了吸附剂降解处理的可能性。我们
研究了泥炭开采副产品——羊胡子草纤维、羊胡子草毡片对几种类型石油的吸收能力和速率，并把它们同人工
合成的商业石油吸附剂作比较。发现羊胡子草纤维具有优良的吸收性能：羊胡子草吸附剂吸收石油量大约是合
成吸附剂的2～3倍，速度也是它的2～3倍；在测试中羊胡子草纤维几乎不吸水，这使它成为从水表面吸附石油
的理想吸附剂；去除水面柴油时效率超过了99%，等于吸附剂自身重量的20倍。试验证明了生物所能降解的羊
胡子草纤维是一种效率高、原料成本低的石油吸附剂。
关键词：石油 吸附剂 生物降解 羊胡子草纤维
中图分类号：TQ314 文献标识码：A 文章编号：1671-9212(2008)01-0033-06
Use of a By-product of Peat Excavation, Cotton Grass Fibre, as a Sorbent for Oil-spills
S. Suni1，2, A.-L. Kosunen3, M. Hautala4, A. Pasila5, M. Romantschuk1，2 write,
Jiang Lihong6, Zhao Hongyan6 translate
(1 Department of Biological and Environmental Sciences, University of Helsinki, P.O. Box 56
(Viikinkaari 9), FIN-00014 Helsinki, Finland
2 Department of Ecological and Environmental Sciences, University of Helsinki, Niemenkatu 73, FIN-15140
Lahti, Finland
3 Runeberginkatu 25 B, 00100 Helsinki, Finland
4 Department of Agricultural Engineering and Household Technology, University of Helsinki, P.O. Box 66,
FIN-00014 Helsinki, Finland
5 Department of Agriculture and Forestry, Sein joki Polytechnic, Ilmajoentie 525, 60800 Ilmajoki, Finland
6 Institute for Peat and Mire Research, Northeast Normal University, Changchun, 130024)
Abstract: The sorbents used to collect oil in case of oil-spills are commonly synthetic materials that are usually of diffi-
culty in decomposition. In this study, we compared the capacities and rates of the fibre, a by-product of peat excavation,
and mats made from peat adsorbing several types of rock oil with a synthetic, commercially available oil sorbent. The
results showed that the fibre was superior in absorbing oil, approximately two to three times higher in adsorbing quan-
tity and rate than that of the commercial product. It was found that the fibre adsorbed no measurable amount of water in
the conditions used in the tests making it ideal for absorbing oil from the surface of water. More than 99% diesel oil on
[收稿日期] 2007-09-15
[译者简介] 姜丽红，女，1983年生，东北师范大学泥炭沼泽研究所硕士研究生。主要从事湿地科学研究。
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1 引言
日益增长的原油和石油产品的使用及运输带
来了越来越多不同规模的石油溢漏，溢油可能污
染大面积的海洋及海岸。然而，更常见的是，随
着清理船舱的水流入海洋中的溢油。在发生大规
模的溢油时，经常会使用泵来抽吸溢出的石油；
而在发生小规模溢油事故时，则普遍使用各种各
样的吸附剂来吸收溢油。
在芬兰，海上大规模溢油清理工作首先是
用油栅限制石油扩散，然后用带撇乳器的船收集
石油。被冲上海岸的石油是用抽气机和机械铲子
来收集的。当发生小规模溢油时可以用吸附剂来
去除石油。现今使用的吸附剂可以被分为聚合材
料、天然材料和经过改良的纤维材料。Adebajo及
其同仁近来评论了用于溢油清理的多孔材料，并
且对不同天然的、合成的和矿物吸附剂进行了一
些研究。大多数经常使用的商业吸附剂是由聚丙
烯或聚氨酯制成的合成吸附剂，它们有良好的疏
水性和亲油性，但是其非生物降解性是一个不利
因素。然而大多数石油产品是可以生物降解的，
例如可以通过堆肥来处理石油。所以拥有优良吸
收性能、可生物降解的材料用于吸附溢油十分有
优势。
目前已经研究了一些天然吸附剂用于溢油
清理，如棉花、羊毛、树皮、木棉花、洋麻、稻
草，以及干燥的水生植物。它们中的大多数要比
合成材料有较好的吸收能力，但它们同时也会吸
收水，因而不利于在海洋环境中使用。通常可以
通过各种方法来提高它们的疏水性，但这将从整
体上提高吸附剂的成本。
在一些情况下可以使用泥炭藓泥炭，但是在
有压力时，它吸收石油的能力很弱。在这里我们
研究一种具有天然的、可以缓慢生物降解的疏水
图1 净化出来的羊胡子草纤维
Fig.1 Purified fibre from peat
泥炭沼泽中，有壳的棉莎草、羊胡子草(Eri-
ophorum vaginatum)是非常普遍的植物。羊胡子草
纤维是在植物死亡并且以板条形式逐渐分离成植
物纤维时形成的。沼泽具有酸性和厌氧性的自然
特性，使植物的茎和根不能完全分解，而是降解
成纤维。这种纤维是泥炭开采工业的副产品，通
常是用回转筛从成堆的泥炭中分离出去的。被分
离出的纤维只有一小部分用在纺织工业，大部分
都被浪费了。本文比较了它与合成的商业石油吸
附剂对石油和水的吸收能力。
本文测试了几种类型的羊胡子草纤维和毡
片的吸收能力和速率，并选择两种吸附剂作进一
步研究。具体测定了吸附剂从水面吸收石油的能
力、饱和时吸收石油的数量和水面剩余石油的数
量、纤维同油滴或水滴间的接触角以及纤维从石
头表面吸收重油的能力，描绘了海上溢油后石油
到达海岸时的清理工作。
the water surface was removed by the fibre, 20 times as mush as its weight. It is included that the fibre is a high efficient
and low cost material and can be used as a biologically-decomposable oil absobent.
Key words: oil; sorbents; bioremediation; fibre
性吸附剂——羊胡子草纤维的吸收能力，通过堆
肥或燃烧可以很容易降解这种吸附剂。
当我们从沼泽中开采出泥炭时，必须把泥炭
从其他成分中分离净化出来。其中一种主要成分
就是羊胡子草纤维。
净化出来的羊胡子草纤维见图1。
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表1 吸附剂材料及其性质
Tab.1 Sorbent materials and their properties
2 材料和方法
2.1 吸附剂和石油
吸附剂材料及其性质见表1。
表2 石油类型及其性能
Tab.2 Oil types and their properties
2.2 吸收石油速率
吸收能力和速率的测试是通过把一片吸附
剂放进一条粗钢丝网中，悬挂在一个带有刻度并
装满石油的盘子上，用机械化工具将盘子缓慢提
升，直到油和样本相接触。根据盘子上的刻度可
测被吸收的石油的重量，重量要每秒钟用检验点
记录一次。重油不能用在这些测试中，因为轻质
钢丝网将漂浮在厚重的石油上面，妨碍吸附剂样
本与石油接触。
2.3 吸收石油能力
测试从水面吸收石油的能力是将一片已知重
量的吸附剂放入盛满100 ml水的烧杯中，水表面漂
浮着已知数量的石油，让吸收持续1 h。然后把吸
附剂从烧杯中取出，放5 min使表面未被吸收的液
体排干净，称出吸附剂的重量。将烧杯中剩余的
液体倒入一个量筒里放置一夜，以检查吸附剂是
否在吸收石油的同时也吸收了水。
2.4 去除石油的效率
吸收后水面剩余石油的数量在以下两种情况
下都须测量：吸收到其最大吸收能力的1/10和
9/10。同样，按前文描述的方法继续进行试验。
所有的样本从剩余液体中取出后，通过气相色谱
分析(Lahti研究实验室)来测量。当羊胡子草吸附剂
(包括含聚酯的)吸收到其最大能力的90%时，同样
需要测量吸附剂的质量。
2.5 接触角测试
吸附剂同石油或水之间的接触角是利用注射
器来测定，当每滴液体从注射器滴到吸附剂表面
时立即取照就能得到。在测试前，吸附剂材料要
在15 MPa下压缩20 s，使它形成表面平坦、光滑的
羊胡子草吸附剂毡片是将纤维压缩成非纺织
毡而制成的。这种毡片的生产，可以使用也可以
不使用含有20%聚酯的粘合剂。加热的羊胡子草毡
片是通过在压缩过程中加热羊胡子草纤维和聚酯
生产出来的。作为对照，我们使用了一种合成的
商用吸附剂(亲油性，unisorb)，根据产品信息，可
知这种合成吸附剂在市场上比较典型。
试验中，主要测试了这些纤维和毡片吸收几
种常见的车用燃油或机油的吸收能力和速率。根
据初步测试的结果，我们选择了2种吸附剂用于进
一步测试及操作。所有这些吸收能力的测试(包括
从水面和石头表面吸收石油)都必须至少重复2次。
纤维和毡片吸收车用燃油、机油和石油的能
力见表2。
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小球。液滴与表面的接触角是用一台录像机和一
台有相关软件的计算机相连接来测量的。
2.6 对固体表面石油的吸收
从固体表面吸收石油的能力的测试是将已
知数量的重油(约2 g)洒在一块石头表面，将一片
吸附剂(约3 g)放在石头上面。由于石头表面不光
滑，所以要在吸附剂上面加一些重量(125 g)使其
紧压在石头表面，以确保石油和轻质吸附剂材料
可以接触。让吸附剂吸收一夜，然后分别称出吸
附剂和石头的重量。
3 实验结果
3.1 吸收能力和吸收速率
根据吸收能力(图2)和吸收速率(图3)的测试，
所有类型的羊胡子草纤维或毡片都比合成材料吸
收的石油多、速度快。所有吸附剂吸收汽油和柴
油时都会在2 s内达到最大吸收能力。含有聚酯的
羊胡子草吸附剂吸收矿物油和合成油的速度大约
是合成吸附剂的3倍；加热的羊胡子草的吸收速率
仅稍微低于没有加热的。根据吸收能力和速率，
我们选择含有聚酯的羊胡子草吸附剂作进一步测
试。为了研究加热对羊胡子草吸收性能的影响，
我们选择了加热的含有聚酯的羊胡子草吸附剂作
为第2种测试的吸附剂。
图2 羊胡子草纤维、合成材料、亲油吸附剂的吸收能力
(用每克吸附剂吸收多少克石油表示)
Fig.2 Absorption capacities of the cotton grass fibres, syn-
thetic and oil-like sorbent (as gram oil per gram sorbent)
图3 羊胡子草纤维、毡片、合成材料、亲油吸附剂吸收矿
物油、石油的速度(用每克吸附剂吸收多少克石油表示)
Fig.3 Absorption rates for mineral and synthetic oil of the
fibres, mats and the synthetic, oil-like sorbent. Absorption
rates are are expressed as the oil-absorption capacity (as
gram oil per gram sorbent) as a function of time in seconds
3.2 对水面石油的吸收能力
在所有情况下，羊胡子草吸附剂都比加热的
羊胡子草吸附剂或合成吸附剂从水面吸收的石油
多。把剩余液体在量筒中放置一夜后分离出石油
和水，这样就能测得水的精确质量。结果表明，
所有这些实验中吸附剂都没有吸收水。因为重油
和水在一起不分层，所以在这个实验中不能使用
重油。使用每种吸附剂吸收后，水面剩余石油的
数量都非常少，并且不随着实验初始石油质量的
增加而增加。这些说明了吸附剂在达到最大吸收
能力前，其对水面上石油的吸收和去除都是很有
效率的。还要测试初始石油数量是羊胡子草吸附
剂最大吸收能力的90%时，吸附剂吸收后剩余石油
数量。结果发现，使用羊胡子草吸附剂时剩余石
油量为0.02%，加热的羊胡子草吸附剂为11.2%，
合成吸附剂为56.1%。
(a)
(b)
吸附剂
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图4 含有聚酯的羊胡子草吸附剂、加热的的羊胡子草吸附
剂、合成吸附剂、亲油吸附剂从水面吸收石油的能力
Fig.4 Adsorption capacities of the oil from water surface by
polyester-containing peat fibre, heated polyester-containing
peat fibre, synthetic and oil-like sorbent
表3 吸收后水面剩余石油数量
Tab.3 The remained oil on water surface following treated
with different sorbents
注：*是指实验初始时石油质量是每种吸附剂最大
吸收能力的90%和10%。
3.3 小球的接触角和吸收能力
由于汽油和柴油的油滴被吸附剂吸收的速
度特别快，不易取照，所以在测试吸附剂与石油
间的接触角时，使用的是重油。对于精确测量，
合成石油和矿物石油也被吸收得太快。而使用重
油，吸附剂吸收速度较慢，吸水更慢。接触角证
实了羊胡子草纤维的疏水性，其与水的接触角超
过了90°。在水中用于测量接触角的小球的体积
不会膨胀。与原始状态的吸附剂相比，它们只吸
收少量矿物油：羊胡子草吸附剂小球(包括天然的
图5 水与合成吸附剂的接触角
Fig.5 The contacting angle between water and
the synthetic sorbent
表4 石油或水与吸附剂小球间的接触角
Tab.4 The contacting angles between oil or
water and a sorbent pellet
3.4 对固体表面石油的吸收
石头表面吸收石油的测试，目的是为了模拟
石油在海上溢出后到达海岸的情况。大多数情况
下，被冲到海岸的石油中主要含有较重的组分，
因此在这些测试中要使用重油。吸附剂从石材表
面吸收重油的能力没有显著的差别：每克羊胡子
草吸附剂吸收1.5 g石油，每克加热的羊胡子草吸
附剂吸收1.3 g石油，每克合成吸附剂吸收1.5 g石
油。两种羊胡子草吸附剂去除石油的效率均大约
为89%，合成吸附剂为94%。
4 讨论
对于各种类型的石油，羊胡子草都是一种很
好的吸附剂。在吸收能力和速率上，羊胡子草都
明显高于商业合成吸附剂，其吸收石油速度大约
含有聚酯的羊胡子草吸附剂、加热的的羊胡
子草吸附剂、合成吸附剂等从水面吸收石油的能
力及吸收后水面剩余石油数量分别见图4、表3。
和被加热的)只吸收大约为它们自身重量的石油；
压缩的合成吸附剂小球不吸收石油(不显示数据)。
水与合成吸附剂的接触角以及石油或水与吸
附剂小球间的接触角分别见图5、表4。
吸附剂
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是合成吸附剂的3倍，吸收量至少同合成吸附剂一
样多。许多其他天然吸附剂也有良好的石油吸收
能力，但它们同样也会吸收水，这在海洋环境中
极为不利。而羊胡子草几乎不吸收水，因此它是
从水面吸收石油的理想材料。羊胡子草吸附剂的
密度也非常低，这就意味着它可以漂在水面，即
使是在混合的油水中放一周后也不会下沉，确保
了吸附剂在吸收石油后可以很容易被取出。另一
方面，重量轻的吸附剂体积大因而所需的产品储
藏空间也大，但如果将产品压缩则会给产品吸收
性能带来不利影响，这是一个不利因素。
羊胡子草材料蓬松的性质是它吸收能力所
必不可少的。在早期的吸收测试中，材料被划分
成小块后紧紧塞进塑料管中，这因为减少了纤维
间孔隙体积而导致吸收能力大幅下降。在吸附石
头表面石油的实验过程中，吸附剂的蓬松性质出
现一些问题。我们需要用一定压力来确保石油和
吸附剂接触，但是这个重量不能太大以免孔隙消
失。因此，在实验过程中会出现吸附剂没有充分
接触石油或压力大影响吸附剂吸收能力的情况。
羊胡子草纤维是泥炭开采的一种副产品，因
此原料的成本很低，其他成本来自于加工纤维成
为适当的形式时的花费。纤维的净化将增加材料
的成本，但是净化后的纤维整体吸收性能要比普
通的未净化的更好。首先，现有的树皮纤维加工
机械可以用在净化过程中；其次，净化的操作简
单。将净化后的纤维压缩成毡片可以使材料的处
理更简单，还可以减少尘埃形成，但是同样会增
加产品成本。使用粘合剂可以提高产品的强度且
使产品易于操作，但是如果选用堆肥的形式来处
理含油材料，而粘合剂又都不能被生物降解，则
降低了产品的生态价值。如果通过焚化的方法来
处理材料，聚酯就不会构成任何问题。加热羊胡
子草纤维看起来是一个不必要的过程，因为这个
过程看来使吸附剂的吸收能力和速度减小了。但
是与对照组合成吸附剂相比，它的吸收能力及速
率仍明显较好。事实上，已证明了泥炭开采的一
种可生物降解的副产品——羊胡子草纤维是一种
很好的石油吸附剂，尤其适用于吸收水面石油。
参考文献(略)
译自：Marine Pollution Bulletin, 2004，
49:916～921
《农业环境与发展》创刊于1984年，农业部主管、农业部环境保护科研监测所与中国农业生态
环境保护协会联合主办的国家级综合指导类科技期刊，为中国农业核心期刊。传播农业可持续发展
新思想、新观点、新方略，倡导农业生产、农民生活、农村生态协调发展理念，多视角、多层次、
多学科地反映食品安全与健康、资源开发与利用、环境污染与防治、农业清洁生产与农村循环经济
等热点问题，直接面向农业、环保、食品、能源、卫生等领域的科研、教学、生产、管理、技术推
广人员与大众读者。同时，《农业环境与发展》将在重要版面上宣传各地农业环境保护成就。欢迎
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《农业环境与发展》为双月刊，大16开，108页，逢双月25日出版，刊号ISSN 1005-4944，CN
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