一種用于油水分離的新型環(huán)保氣凝膠材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于油水分離的新型環(huán)保氣凝膠材料的制備方法，屬于功能材料和環(huán)境技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的方法首先是選擇帶有疏水性官能團(tuán)的烷氧基硅烷為原料，通過(guò)酸堿兩步法，在常壓和室溫條件下制備出一種高效吸油的彈性氣凝膠材料。本發(fā)明方法制備的硅氣凝膠材料具有密度低、孔隙率高、彈性較好、性能穩(wěn)定、吸油倍率高、可循環(huán)使用的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明制備的原料成本低、反應(yīng)溫度低、不使用具有毒性的溶劑進(jìn)行凝膠改性過(guò)程，因此，本發(fā)明不僅節(jié)能環(huán)保，操作簡(jiǎn)單，生產(chǎn)周期短，而且可以連續(xù)化、大規(guī)模批量生產(chǎn)。
【專利說(shuō)明】
一種用于油水分離的新型環(huán)保氣凝膠材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種用于油水分離的新型環(huán)保氣凝膠材料的制備方法，屬于功能材料和環(huán)境技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]吸油材料是一種用于廢油回收處理的功能性材料，廣泛應(yīng)用于工廠機(jī)械滲漏油、工廠的廢水中的油分、食品廢油、海上和陸上原油泄漏的處理等。隨著生態(tài)保護(hù)要求的日益提高和對(duì)工業(yè)排放廢油更加嚴(yán)格的限制，吸油材料的應(yīng)用越來(lái)越廣。傳統(tǒng)吸油材料主要依靠理吸附作用將油吸附于材料表面或者內(nèi)部毛細(xì)管內(nèi)，吸油效果并不理想，表現(xiàn)為:吸油量不大，吸油倍率較?。挥退x擇性不高，往往吸油的同時(shí)也吸水。近年來(lái)相繼開(kāi)發(fā)了一些新產(chǎn)品，具有代表性的有膨化石墨和高吸油樹(shù)脂等，但是膨化石墨的生產(chǎn)過(guò)程存在生產(chǎn)污染問(wèn)題，高吸油樹(shù)脂制備工藝復(fù)雜，成本高，后處理比較困難。
[0003]二氧化硅氣凝膠是一種由納米量級(jí)顆粒相互聚合形成的連續(xù)三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，孔隙中充滿空氣介質(zhì)的高分散輕質(zhì)多孔非晶態(tài)材料。由于氣凝膠具有特異的多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使其具有非常優(yōu)異的性能，其具有高比表面積、高孔隙率、高熱絕緣性、低密度、超低介電常數(shù)以及低折射系數(shù)等優(yōu)異性能，且性能可隨著對(duì)結(jié)構(gòu)的控制而具有連續(xù)可調(diào)性。氣凝膠具有高通透性的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，比活性炭纖維及硅膠擁有更高的比表面積和孔隙率，平均孔徑在幾十納米左右，因此，二氧化硅氣凝膠材料是一類具有高比表面積和優(yōu)異吸附性能的納米多孔輕質(zhì)材料，在環(huán)境保護(hù)和能源利用等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。
[0004]二氧化硅氣凝膠雖然具有許多的優(yōu)異性能，但是存在一個(gè)重要的弊端，通常所得到的氣凝膠網(wǎng)絡(luò)骨架脆弱、強(qiáng)度低、柔韌性差。目前，最常用的方法就是通過(guò)超臨界干燥方法制備出了性能優(yōu)良的S12氣凝膠，但超臨界設(shè)備昂貴且操作復(fù)雜，生產(chǎn)條件苛刻，危險(xiǎn)性較大，限制了其大規(guī)模生產(chǎn)。常壓干燥制備二氧化硅氣凝膠不僅降低了設(shè)備成本和操作危險(xiǎn)，而且所用設(shè)備簡(jiǎn)單且可連續(xù)生產(chǎn)，是一種更易實(shí)現(xiàn)的方法，但常溫干燥的3102氣凝膠結(jié)構(gòu)易坍塌，塊狀S12氣凝膠易出現(xiàn)開(kāi)裂和收縮的問(wèn)題。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外的研究人員采用各種增強(qiáng)材料對(duì)其進(jìn)行了增強(qiáng)增韌的研究，所使用的典型增強(qiáng)材料有硬硅鈣石、陶瓷纖維、無(wú)紡布碳纖維或石英纖維氈，但是，采用以上方法制備的氣凝膠復(fù)合材料中基體材料和增強(qiáng)材料之間并未形成有效的共價(jià)鍵，因此氣凝膠本身的質(zhì)脆易碎性未能從根本上得到解決。K.kanamori等，以MTMS為硅源，以脲受熱緩慢分解的產(chǎn)物作為催化劑制備硅氣凝膠，但是脲分解需要較高的溫度，分解速度也較慢，并且脲的加入引入了新的雜質(zhì)，延長(zhǎng)了凝膠和溶劑替換的時(shí)間。本發(fā)明選用帶有疏水性官能團(tuán)的硅氧烷為前驅(qū)體和氨水作為催化劑，無(wú)需高溫且無(wú)雜質(zhì)，節(jié)能環(huán)保，制備的原料成本低，操作簡(jiǎn)單，生產(chǎn)周期較短，可用于連續(xù)化的生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的在提供一種用于油水分離的新型高效環(huán)?？芍貜?fù)使用的彈性疏水性吸油氣凝膠材料。
[0006]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供用于油水分離的新型環(huán)保氣凝膠材料的制備方法，包括如下順序進(jìn)行的步驟:
[0007]1.量取一定的酸溶液和醇溶劑，再稱量添加表面活性劑，室溫下磁力攪拌使其完全溶解，然后再加入帶有疏水性官能團(tuán)的烷氧基硅烷和干燥控制化學(xué)添加劑(DCCA)，室溫下攪拌0.5-2小時(shí)，使硅烷水解，然后再加堿性催化劑，調(diào)節(jié)PH至8-11，水浴使其凝膠和陳化，之后用表面張力比較小的溶劑進(jìn)行置換，最后在常壓干燥箱中逐級(jí)干燥，制備出疏水性親油性彈性氣凝膠。
[0008]2.所述的酸溶液可以為氫氟酸、鹽酸、醋酸和草酸的一種；醇溶劑為甲醇、乙醇的一種或兩種的結(jié)合。
[0009]3.所述帶有疏水性官能團(tuán)的燒氧基娃燒原料為甲基二甲基氧基娃燒和一■甲基一.甲基氧基硅烷，比例約為:3:1?1:1。
[0010]4.所述的干燥控制化學(xué)添加劑(DCCA)是在凝膠之前加入的添加劑，能延長(zhǎng)凝膠時(shí)間，促進(jìn)結(jié)構(gòu)均勻化，使孔道更加的均勻，減少毛細(xì)管的壓力，防止干燥時(shí)凝膠的破碎。DCCA可以是二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺、甲酰胺、乙酰胺、丙三醇、草酸、乙二醇以及聚乙二醇其中的一種。
[0011]5.所需凝膠溫度是室溫，堿性催化劑為氨水，無(wú)需高溫，只需在室溫下就可以進(jìn)行進(jìn)一步凝聚，節(jié)能環(huán)保。
[0012]6.所述的表面張力較小的溶劑，可以是異丙醇、正辛烷、正庚烷和正己烷中的一種或者是多種，可以減少常壓干燥過(guò)程中凝膠的開(kāi)裂。
[0013]7.所述溶液置換時(shí)間為8-36小時(shí)。
[0014]8.所述的程序逐級(jí)干燥是在常壓干燥箱中干燥是30°C干燥12-36小時(shí)，40°C干燥6-24小時(shí)。
[0015]本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):1.本發(fā)明方法選用氨水做催化劑，無(wú)需高溫分解且無(wú)雜質(zhì)，節(jié)能環(huán)保；2.通過(guò)調(diào)控氣凝膠的微觀結(jié)構(gòu)，改善其結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了其骨架強(qiáng)度，同時(shí)富有彈性，從根本上解決了氣凝膠干燥過(guò)程中易碎的問(wèn)題；3.制備的二氧化硅凝膠孔隙率高，具有較高的疏水性和吸油性，吸油倍率高且可重復(fù)性使用；4.本發(fā)明制備的原料成本低，操作簡(jiǎn)單，生產(chǎn)周期較短，可用于連續(xù)化的生產(chǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1:為實(shí)施例1氣凝膠的宏觀形貌(圖a、圖b)和微觀形貌(SEMT圖:圖c)，圖a為氣凝膠正視圖，顏色為乳白色；圖b為氣凝膠側(cè)視圖；圖c為氣凝膠掃描電鏡照片。
[0017]圖2:為實(shí)施例1氣凝膠紅外圖譜；圖中1015cm 1處特征峰是疏水性Si02氣凝膠骨架的S1-O-Si是反對(duì)稱伸縮振動(dòng)引起的；780cm 1處特征峰是Si—O鍵是對(duì)稱伸縮振動(dòng)引起的;855cm 1 和 1260cm 1 附近的峰為一Si—CH3振動(dòng)引起的，2962cm \2916cm\2848cm 1 處的特征峰為一CH3振動(dòng)引起的；所制備的氣凝膠含有疏水性甲基基團(tuán)，說(shuō)明氣凝膠具有很強(qiáng)的疏水性。
[0018]圖3:實(shí)施例1氣凝膠吸附處理油水混合物的過(guò)程，圖a:油水混合物的顏色為深褐色；圖b:油水混合物被氣凝膠逐漸吸附后，顏色變淺；圖c:氣凝膠顏色變?yōu)樯詈稚?br>[0019]圖4:實(shí)施例1氣凝膠吸附處理油水混合物前后對(duì)比效果圖，圖a:油水混合物被吸附處理之前，顏色為深褐色；圖b:油水混合物被吸附處理后，變?yōu)闊o(wú)色。
【具體實(shí)施方式】
[0020]實(shí)施例1:
[0021]1.量取醋酸溶液30ml和甲醇20ml，再添加表面活性劑CTAB 0.4g，室溫下磁力攪拌使其完全溶解，然后再加入6ml MTMS、4ml DMDMS和1.68ml DMF(其中MTMS:DMDMS = 3:2)，室溫下攪拌0.5小時(shí)，使硅烷水解，然后慢慢滴加氨水，調(diào)節(jié)PH至8-11，然后40°C水浴使其凝膠和老化6小時(shí)；
[0022]2.先用表面張力比較小的溶劑異丙醇進(jìn)行置換8小時(shí)，然后再用正己烷置換8小時(shí)；
[0023]3.在常壓干燥箱中逐級(jí)干燥，30 0C干燥24小時(shí)，40 °C干燥12小時(shí)，制備出疏水性親油性彈性氣凝膠。
[0024]實(shí)施例2:
[0025]1.量取醋酸溶液30ml和甲醇10ml，再添加表面活性劑CTAB 0.4g，室溫下磁力攪拌使其完全溶解，然后再加入6ml MTMS、2ml DMDMS和1.68ml DMF(其中MTMS:DMDMS = 3:I)，室溫下攪拌0.5小時(shí)，使硅烷水解，然后慢慢滴加氨水，調(diào)節(jié)PH至8-11，然后40°C水浴使其凝膠和老化12小時(shí)；
[0026]2.先用表面張力比較小的溶劑異丙醇置換8小時(shí)，然后再用正己烷置換8小時(shí)；
[0027]3.在常壓干燥箱中逐級(jí)干燥，30 0C干燥24小時(shí)，40 °C干燥12小時(shí)，制備出疏水性親油性彈性氣凝膠。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于油水分離的新型環(huán)保氣凝膠材料的制備方法，其特征是:量取一定的酸溶液和醇溶劑，再稱量添加表面活性劑，室溫下磁力攪拌使其完全溶解，然后再加入帶有疏水性官能團(tuán)的烷氧基硅烷和干燥控制化學(xué)添加劑(DCCA)，室溫下攪拌0.5-2小時(shí)，使硅烷水解，然后再加堿性催化劑，調(diào)節(jié)PH至8-11，然后水浴使其凝膠和陳華，然后用表面張力比較小的溶劑進(jìn)行置換，在常壓干燥箱中逐級(jí)干燥，制備出疏水性親油性彈性氣凝膠。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于油水分離的新型環(huán)保氣凝膠材料的制備方法，其特征是:所述的酸溶液可以為氫氟酸、鹽酸、醋酸和草酸的一種；醇溶劑為甲醇、乙醇的一種或兩種的結(jié)合。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種用于油水分離的新型環(huán)保氣凝膠材料的制備方法，其特征是:所述的酸為醋酸，PH為3-5。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于油水分離的新型環(huán)保氣凝膠材料的制備方法，其特征是:帶有疏水性官能團(tuán)的燒氧基娃燒是甲基二甲基氧基娃燒和一■甲基一.甲基氧基娃燒，比例為:3:1~1:1。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種用于油水分離的新型環(huán)保氣凝膠材料的制備方法，其特征是:因?yàn)樵蠀⒓铀夥磻?yīng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的醇，所以選擇與原料所帶疏水性官能團(tuán)相同的醇一甲醇。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于油水分離的新型環(huán)保氣凝膠材料的制備方法，其特征是:干燥控制化學(xué)添加劑(DCCA)可使孔道更加的均勻，減少毛細(xì)管的壓力，能延長(zhǎng)凝膠時(shí)間，促進(jìn)結(jié)構(gòu)均勻化，防止干燥過(guò)程中凝膠的破裂；DCCA可以是二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺、甲酰胺、乙酰胺、丙三醇、草酸、乙二醇以及聚乙二醇其中的一種。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于油水分離的新型環(huán)保氣凝膠材料的制備方法，其特征是:堿性催化劑為氨水，無(wú)需高溫，只要在室溫下就可以進(jìn)行進(jìn)一步凝聚，節(jié)能環(huán)保。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于油水分離的新型環(huán)保氣凝膠材料的制備方法，其特征是:表面張力比較小的溶劑，可以是異丙醇、正辛烷、正庚烷和正己烷中的一種，可以減少在常壓干燥過(guò)程中凝膠的開(kāi)裂。9.根據(jù)權(quán)利要求1或8所述的一種用于油水分離的新型環(huán)保氣凝膠材料的制備方法，其特征是:溶液置換時(shí)間為8-36小時(shí)。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于油水分離的新型環(huán)保氣凝膠材料的制備方法，其特征是:在常壓干燥箱中逐級(jí)干燥是30 0C干燥12-36小時(shí)，40 °C干燥6_24小時(shí)。
【文檔編號(hào)】C01B33/16GK106032276SQ201510110357
【公開(kāi)日】2016年10月19日
【申請(qǐng)日】2015年3月13日
【發(fā)明人】李貞玉, 唐存國(guó), 楊旭東
【申請(qǐng)人】長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)