一種油水分離用高吸油海綿的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種油水分離用高吸油材料的制備方法，尤其涉及一種低成本、高吸油率、可重復(fù)使用的油水分離用高吸油海綿的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]伴隨經(jīng)濟的快速發(fā)展，石油及其各種下游產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用，油類對水體的污染成為影響生態(tài)環(huán)境的一大嚴重問題，其中以油類泄露問題尤為嚴重。油類泄露事故使有毒化合物快速進入食物鏈，低到低等藻類，高到高等哺乳動物無一幸免。當(dāng)前對這一問題的處理方式以吸附處理為主。吸附材料可分為天然吸附材料和人工合成吸附材料。天然吸附材料如秸桿、棉毛制品以及無機礦物沸石等，這類產(chǎn)品具有就地取材、成本低廉等優(yōu)點，但其低吸油量和低吸附速率限制了使用的廣泛性。人工合成吸附材料如碳納米管、碳納米泡沫等彌補了天然材料的缺點，但是卻有工藝復(fù)雜、成本高昂的缺點。專利CN104163934 A公開了一種將聚合物泡沫材料進行部分碳化以獲得疏水親油材料的方法。這種方法要求在惰性氣體保護下對泡沫材料進行高溫處理，對工藝條件要求高，能耗高，而且碳化過程中不可避免將產(chǎn)生毒害性氣體，帶來新的環(huán)境污染。另外，碳化會造成泡沫的體積收縮并部分或完全喪失彈性，將導(dǎo)致吸油倍率和重復(fù)使用率下降。因此，迫切需要發(fā)展一種在保證吸油效果和重復(fù)使用性能的、成本低廉、工藝簡單的選擇性油水分離材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是為了改進現(xiàn)有吸油材料吸油倍率低、吸附時間長、制備工藝復(fù)雜等缺點，而提供一種油水分離用高吸油材料的制備方法。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種油水分離用高吸油海綿的制備方法，其具體步驟如下:
[0005]a.對聚氨酯海綿表面進行疏水改性劑浸泡處理:將聚氨酯海綿浸沒于質(zhì)量濃度為0.5-10%濃度的疏水改性劑溶液中，控制接觸時間為0.5-20小時，接觸溫度為20-60°C，使疏水改性劑在海綿表面附著；
[0006]b.對經(jīng)疏水改性劑浸泡的聚氨酯海綿進行加熱活化:將經(jīng)疏水改性劑侵泡處理的海綿置于干燥箱內(nèi)，進行加熱活化，加熱活化溫度為50°C -1lO0C ;加熱活化時間為0.5-20小時，誘導(dǎo)改性劑分子在海綿表面以疏水基團朝外的形式定向排列制得油水分離用高吸油海綿。
[0007]優(yōu)選步驟a中所述的疏水改性劑改性劑的質(zhì)量濃度為3% -7%。
[0008]優(yōu)選疏水改性劑溶液中的疏水改性劑包括但不限于氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)、縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷(KH560)、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)、乙烯基三乙氧基硅烷(A151)、乙烯基三乙氧基硅烷(A171)、巰丙基三甲(乙)氧基硅烷(KH580，KH590)、乙二胺丙基三乙氧基硅烷(KH792)或乙二胺丙基甲基二甲氧基硅烷(KBM602);疏水改性劑溶液中的溶劑為能溶解疏水改性劑的溶劑，包括但不限于甲醇、乙醇、異丙醇、四氫呋喃、乙酸乙酯或正己烷。
[0009]優(yōu)選步驟b中加熱活化溫度為75°C -90°C ;加熱活化時間為5-14小時。
[0010]本發(fā)明所制得的高吸油海綿適用于油類及有機溶劑與水的分離。
[0011]有益效果:
[0012]1、使用價廉易得的聚氨酯海綿和疏水改性劑為原材料，制備過程僅包括浸泡和加熱活化兩步，工藝極為簡便，對比其他方法，成本大幅降低。
[0013]2、制得的海綿具有高度憎水親油特性，可快速對水上和水下的多種油類及有機溶劑進行選擇性吸收，吸油倍率達自重數(shù)十至數(shù)百倍，從而實現(xiàn)油水分離的效果。
[0014]3、疏水改性過程不破壞聚氨酯海綿固有的高彈性，可通過擠壓的方式回收吸收的油類，可多次重復(fù)使用，而吸油倍率不明顯下降。
[0015]4、工藝簡單易行，無需復(fù)雜設(shè)備和氣氛保護，易于工業(yè)化生產(chǎn)，且原料簡單易得，具有良好的放大生產(chǎn)前景，有望在水體油類污染物清除、石油開采、工業(yè)油類污染物分離等方面得到廣泛應(yīng)用。
【附圖說明】
[0016]圖1為實施例1中水滴和油滴在高吸油海綿表面的潤濕狀態(tài)照片；左邊為滲漏進海綿內(nèi)部的殘存油跡，右邊為水滴呈珠狀保持在海綿表面的形態(tài)。
[0017]圖2為實施例1制備的高吸油海綿微觀形貌的掃描電子顯微鏡照片。
[0018]圖3為實施例1制備的高吸油海綿循環(huán)吸附植物油過程中吸油率的變化圖。
【具體實施方式】
[0019]以下結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行進一步的描述，但所給實施例不造成對本發(fā)明權(quán)利要求飽和范圍的限制。
[0020]實施例1
[0021]取聚氨酯海綿放入容器中，加入以乙醇為溶劑配制的質(zhì)量濃度為4%的疏水改性劑一一 γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(ΚΗ-570)溶液，要求溶液完全浸沒海綿，并密封容器。在50°c條件下，攪拌20小時。
[0022]將經(jīng)疏水改性劑浸泡處理的海綿在110°C下加熱活化0.5小時，即得到吸油海綿。本實施例中得到的吸油海綿對植物油、潤滑油的吸油倍率分別為自重的118倍和107倍。吸油海綿具備優(yōu)異的憎水吸油特性，油滴滴落在海綿表面上快速滲入海綿內(nèi)部，僅在表面殘留少許油跡；而水滴則不能滲入吸油海綿，而是在海綿表面呈珠狀長期保持(圖1)。未經(jīng)改性的初始海綿，油滴和水滴均會快速滲入海綿內(nèi)部，即不具備油水選擇性，而不能由于水體系中選擇性地吸收油性物質(zhì)。海綿可在水面水面長時間漂浮，但不吸水，表現(xiàn)出優(yōu)異的憎水性。通過擠壓除掉海綿吸收的油份，海綿可以重復(fù)使用10次以上，且吸油倍率不發(fā)生明顯降低(圖2)。掃描電子顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，經(jīng)疏水改性獲得的高吸油海綿的微觀結(jié)構(gòu)未發(fā)生明顯變化，海綿表面也無明顯可見的附著物(圖3)，證實了疏水改性層的超薄特性，因而海綿的高孔隙率和高彈性得以保持，使得海綿獲得高的吸油倍率和重復(fù)使用特性。
[0023]實施例2
[0024]取聚氨酯海綿放入容器中，加入以乙醇為溶劑配制的質(zhì)量濃度為10%的疏水改性劑ΚΗ-570溶液，要求溶液完全浸沒海綿，并密封容器。在25°C條件下，攪拌I小時。
[0025]將經(jīng)疏水改性劑浸泡處理的海綿在75°C下加熱活化16小時，即得到吸油海綿。本實施例中得到的海綿對植物油、潤滑油的吸油倍率分別為自重的94倍和91倍。
[0026]實施例3
[0027]取聚氨酯海綿放入容器中，加入以甲醇為溶劑配制的質(zhì)量濃度為5%的疏水改性劑——氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)溶液，要求溶液完全浸沒海綿，并密封容器。在40°C條件下，攪拌10小時。
[0028]將經(jīng)疏水改性劑浸泡處理的海綿在50°C下加熱活化20小時，即得到吸油海綿。本實施例中得到的海綿對植物油、潤滑油的吸油倍率均為自重的91倍。
[0029]實施例4
[0030]取聚氨酯海綿放入容器中，加入以甲醇為溶劑配制的質(zhì)量濃度為0.5%的疏水改性劑——乙烯基三乙氧基硅烷(A151)溶液，要求溶液完全浸沒海綿，并密封容器。在50°C條件下，攪拌20小時。
[0031]將經(jīng)疏水改性劑浸泡處理的海綿在80°C下加熱活化10小時，即得到吸油海綿。本實施例中得到的海綿對植物油、潤滑油的吸油倍率分別為自重的115倍和120倍。
[0032]實施例5
[0033]取聚氨酯海綿放入容器中，加入以乙酸乙酯為溶劑配制的質(zhì)量濃度為7%的疏水改性劑一一乙二胺丙基三乙氧基硅烷(KH792)溶液，要求溶液完全浸沒海綿，并密封容器。在60°C條件下，攪拌12小時。
[0034]將經(jīng)疏水改性劑浸泡處理的海綿在70°C下加熱活化5小時，即得到吸油海綿。本實施例中得到的海綿對植物油、潤滑油的吸油倍率分別為自重的106倍和111倍。
[0035]實施例6
[0036]取聚氨酯海綿放入容器中，加入以正己烷為溶劑配制的質(zhì)量濃度為7%的疏水改性劑——乙二胺丙基甲基二甲氧基硅烷(KBM602)溶液，要求溶液完全浸沒海綿，并密封容器。在30°C條件下，攪拌20小時。
[0037]將經(jīng)疏水改性劑浸泡處理的海綿在90°C下加熱活化10小時，即得到吸油海綿。本實施例中得到的海綿對植物油、潤滑油的吸油倍率分別為自重的104倍和105倍。
[0038]以上實施例所制備的海綿可以重復(fù)使用10次以上，且吸油倍率不發(fā)生明顯降低。
【主權(quán)項】
1.一種油水分離用高吸油海綿的制備方法，其具體步驟如下: a.對聚氨酯海綿表面進行疏水改性劑浸泡處理:將聚氨酯海綿浸沒于質(zhì)量濃度為0.5-10%濃度的疏水改性劑溶液中，控制接觸時間為0.5-20小時，接觸溫度為20-60°C，使疏水改性劑在海綿表面附著； b.對經(jīng)疏水改性劑浸泡的聚氨酯海綿進行加熱活化:將經(jīng)疏水改性劑侵泡處理的海綿置于干燥箱內(nèi)，進行加熱活化，加熱活化溫度為50°C -1lO0C ;加熱活化時間為0.5-20小時，制得油水分離用高吸油海綿。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟a中所述的疏水改性劑的質(zhì)量濃度為3% -7%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于疏水改性劑溶液中的疏水改性劑為氨丙基三乙氧基硅烷、縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅燒、乙稀基二乙氧基娃燒、乙稀基二乙氧基娃燒、疏丙基二甲氧基娃燒、疏丙基二乙氧基娃烷、乙二胺丙基三乙氧基硅烷或乙二胺丙基甲基二甲氧基硅烷；疏水改性劑溶液中的溶劑為甲醇、乙醇、異丙醇、四氫呋喃、乙酸乙酯或正己烷。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟b中加熱活化溫度為75°C-90°C;加熱活化時間為5-14小時。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于油水分離的高吸油海綿的制備方法，其具體步驟如下：首先將聚氨酯海綿骨架表面用改性劑進行處理，得到疏水改性層，再將處理后的海綿在一定溫度下進行加熱活化處理，獲得吸油海綿。改性海綿的超薄疏水改性層保持了聚氨酯海綿固有的高孔隙率、高彈性的特點，同時獲得了高效吸油的特點。本方法制得的吸油海綿具備只吸油不吸水，吸油量達自重的數(shù)十倍至數(shù)百倍等優(yōu)點，且可通過簡單擠壓的方式回收吸附油品。本方法制備的海綿具有成本低廉，工藝簡單易行，重復(fù)使用性好的特點，可進行大規(guī)模生產(chǎn)。在水體油類污染物清除、石油開采、工業(yè)油類污染物分離等方面有望得到廣泛應(yīng)用。
【IPC分類】B01D17-022
【公開號】CN104771936
【申請?zhí)枴緾N201510121548
【發(fā)明人】秦淵智, 汪勇
【申請人】南京工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年3月19日