本發(fā)明屬于超疏水材料，具體涉及一種磁響應多功能超疏水生物質(zhì)氣凝膠的制備方法和應用。

背景技術(shù)：

1、含油廢水是在石油開采、石油提煉和石油化工等生產(chǎn)等過程中產(chǎn)生的一種廢水。此外，船舶漏油也不可避免地導致淡水資源中出現(xiàn)油脂。廢水不僅造成生態(tài)環(huán)境的破壞，而且由于有毒成分能夠蒸發(fā)到空氣中，通過皮膚和呼吸被人體吸收，也會影響人們的身體健康。同時，在未經(jīng)處理的污水中存在sars-cov-2病毒，有害水的流動為病毒的傳播提供了途徑。若含油廢水直接排放，則會加劇自然界水的濁度，對生產(chǎn)生活環(huán)境都會造成惡劣的影響。另外，微塑料(mps)在水生和陸地環(huán)境中也普遍存在，并且mps在中會產(chǎn)生生態(tài)危害、生物積累、污染水源、破壞水循環(huán)等影響。盡管發(fā)展了各種過濾和吸附材料來凈化污水，但許多現(xiàn)有的解決方案受到其單一功能的限制，只針對特定類型的廢水。目前迫切需要創(chuàng)新經(jīng)濟環(huán)保的多功能材料，來實現(xiàn)油水分離和去除新興污染物。

2、近年來，超疏水材料因其優(yōu)異的吸油選擇性和防水性能而廣受歡迎，是油水混合物和乳液分離的理想材料。具有優(yōu)異油水分離效率的多孔材料如氣凝膠、多孔膜和海綿等引起了廣泛關(guān)注，特別是殼聚糖氣凝膠，殼聚糖分子內(nèi)含有大量氨基、羥基等活性基團，可為化學反應提供許多活性位點。另外，殼聚糖自然界來源廣，價格便宜，生物相容性好，可生物降解，是一種良好的骨架材料。所以其賦予了殼聚糖氣凝膠其具有比表面積高、密度低、孔隙率高、細胞結(jié)構(gòu)開放、力學性能好、低成本等優(yōu)點，使其能應用于油水分離和mps吸附。但純殼聚糖氣凝膠表現(xiàn)出親水性，這意味著它們會同時吸附水和mps，從而大大降低了它們對mps的吸附能力，甚至破壞了其力學行為。因此，我們需要對純殼聚糖氣凝膠進行修飾，使其能夠選擇性地吸收油或水，從而實現(xiàn)油水分離，并有望在去除mps時獲得較好的吸收性能和較高的可回收性，進而實現(xiàn)吸附mps和油水分離的多功能應用。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明采用冷凍干燥技術(shù)制備了多功能氣凝膠，以殼聚糖作為載體用來支撐cmil-101來賦予其磁性，利用疏水材料進行疏水化處理，得到的氣凝膠對mps和油都具有較高的吸附能力，除效率接近100％。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、一種磁響應多功能超疏水生物質(zhì)氣凝膠的制備方法，包括如下步驟：

4、1)將六水合氯化鐵溶解在n,n-二甲基甲酰胺中形成溶液a，將對苯二甲酸溶解在溶液a中形成溶液b，水熱反應，離心洗滌，干燥，煅燒，得到cmil-101；

5、2)將cmil-101加入去離子水中，加入殼聚糖cs和乙酸，劇烈攪拌，形成高粘度殼聚糖水凝膠，冷凍干燥，得到cmil-101/cs氣凝膠；

6、3)將疏水材料和固化劑溶于有機溶劑中，攪拌得到均勻懸浮液，將cmil-101/cs氣凝膠浸入懸浮液中，然后將混合體系真空干燥，得到磁響應多功能超疏水殼聚糖氣凝膠pdms@cmil-101/cs。

7、進一步的，上述的制備方法，步驟1)中，按摩爾比，六水合氯化鐵:對苯二甲酸＝2:1。

8、進一步的，上述的制備方法，步驟1)中，所述水熱反應的條件是在110℃下反應20h。

9、進一步的，上述的制備方法，步驟1)中，所述煅燒的條件是在500℃下煅燒2h。

10、進一步的，上述的制備方法，步驟2)中，按質(zhì)量比，殼聚糖cs:cmil-101＝5～10:1。

11、優(yōu)選的，上述的制備方法，步驟2)中，按質(zhì)量比，殼聚糖cs:cmil-101＝10:1。

12、進一步的，上述的制備方法，步驟3)中，所述疏水材料選自硬脂酸、月桂酸、pfteos或聚二甲基硅氧烷。

13、優(yōu)選的，上述的制備方法，步驟3)中，所述疏水材料是聚二甲基硅氧烷。

14、進一步的，上述的制備方法，步驟3)中，所述固化劑是二苯基氨基甲酸丁酯。

15、進一步的，上述的制備方法，步驟3)中，所述有機溶劑是正己烷。

16、上述任意一項所述的制備方法制備的磁響應多功能超疏水生物質(zhì)氣凝膠pdms@cmil-101/cs作為吸附劑在去除有機污染物中的應用。

17、進一步的，上述的應用，方法如下：取含有有機污染物的水溶液，調(diào)節(jié)溶液為中性，然后加入磁響應多功能超疏水生物質(zhì)氣凝膠pdms@cmil-101/cs，振蕩吸附，之后利用磁鐵分離。

18、優(yōu)選的，上述的應用方法，調(diào)節(jié)含有有機污染物的水溶液的ph為7。

19、進一步的，上述的應用，所述有機污染物是微塑料有機物。

20、優(yōu)選的，上述的應用，所述微塑料有機物是聚苯丙烯微塑料。

21、上述任意一項所述的制備方法制備的磁響應多功能超疏水生物質(zhì)氣凝膠pdms@cmil-101/cs作為吸附劑在油水分離中的應用。

22、進一步的，上述的應用，方法如下：在油水混合物中加入磁響應超疏水殼聚糖氣凝膠pdms@cmil-101/cs，靜置吸附。

23、進一步的，上述的應用，所述油包括正己烷、正戊烷、二氯甲烷、乙酸乙酯、n、n-二甲基甲酰胺、氯仿、機油、花生油或橄欖油。

24、本發(fā)明的有益效果是：

25、1、本發(fā)明的pdms@cmil-101/cs與純殼聚糖氣凝膠相比，具有更高的比表面積、更低的密度、更高的孔隙率、更開放的孔結(jié)構(gòu)和更優(yōu)良的力學性能，為水污染治理提供了新的策略。

26、2、本發(fā)明的pdms@cmil-101/cs能夠同時吸附mps和油水分離，并且還對其他的新型污染物都具有很好的去除效果，并且在強酸強鹽等惡劣環(huán)境中仍然具有優(yōu)異的吸附效果。

27、3、本發(fā)明的pdms@cmil-101/cs具有優(yōu)異的磁性和光熱轉(zhuǎn)換性能，使油在磁場下自主吸附，并且促進高粘度油的處理，簡化了分離過程。這項工作有助于開發(fā)多功能生物基吸附劑進行有效的水修復。

28、4、本發(fā)明的制備方法無需昂貴試劑和設(shè)備，也無需苛刻實驗條件，大大降低了生產(chǎn)成本。所合成的氣凝膠具備磁響應特性，能夠?qū)崿F(xiàn)高效、可控的油水分離。這些材料以其高比表面積、低密度、高孔隙率、開放的孔結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的力學性能，為水污染治理提供了新的策略，對推動油水分離技術(shù)的發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護具有重要意義。

技術(shù)特征：

1.一種磁響應多功能超疏水生物質(zhì)氣凝膠的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟1)中，按摩爾比，六水合氯化鐵:對苯二甲酸＝2:1；所述水熱反應的條件是在110℃下反應20h；所述煅燒的條件是在500℃下煅燒2h。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟2)中，按質(zhì)量比，殼聚糖cs:cmil-101＝5～10:1。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟3)中，所述疏水材料選自硬脂酸、月桂酸、pfteos或聚二甲基硅氧烷；所述固化劑是二苯基氨基甲酸丁酯；所述有機溶劑是正己烷。

5.權(quán)利要求1-4中任意一項所述的制備方法制備的磁響應多功能超疏水生物質(zhì)氣凝膠pdms@cmil-101/cs作為吸附劑在去除有機污染物中的應用。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的應用，其特征在于，方法如下：取含有有機污染物的水溶液，調(diào)節(jié)溶液為中性，然后加入磁響應多功能超疏水生物質(zhì)氣凝膠pdms@cmil-101/cs，振蕩吸附，之后利用磁鐵分離。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的應用，其特征在于，所述有機污染物是微塑料有機物。

8.權(quán)利要求1-4中任意一項所述的制備方法制備的磁響應多功能超疏水生物質(zhì)氣凝膠pdms@cmil-101/cs作為吸附劑在油水分離中的應用。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的應用，其特征在于，方法如下：在油水混合物中加入磁響應超疏水殼聚糖氣凝膠pdms@cmil-101/cs，靜置吸附。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的應用，其特征在于，所述油包括正己烷、正戊烷、二氯甲烷、乙酸乙酯、n、n-二甲基甲酰胺、氯仿、機油、花生油或橄欖油。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于超疏水材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種磁響應多功能超疏水生物質(zhì)氣凝膠的制備方法和應用。本發(fā)明通過冷凍干燥技術(shù)，結(jié)合殼聚糖(CS)、磁性多孔碳材料(CMIL?101)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)，制備超疏水PDMS@CMIL?101/CS氣凝膠，以實現(xiàn)高效的油水分離和有機污染物微塑料去除。該氣凝膠利用磁響應和光熱特性，在磁場下促進油吸附和處理高粘度油，簡化凈化流程，對水體修復具有重要的應用價值。

技術(shù)研發(fā)人員：劉欣雨,許旭,張蕾
受保護的技術(shù)使用者：遼寧大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30