本發(fā)明屬于三聚氰胺海綿改性材料制備技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種用于溢油控制回收的基于氧化亞銅對(duì)三聚氰胺海綿超疏水親油改性的油水分離材料的制備方法。
背景技術(shù):
溢油事故一旦發(fā)生,不僅會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染,而且會(huì)帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失,在2010年墨西哥海灣的漏油事件是近年來最嚴(yán)重的一次溢油事件,嚴(yán)重的污染了海岸線附近的水域,給海洋中的生物造成了難以想象的危害,而且溢油的這種不良影響可能會(huì)持續(xù)數(shù)十年之久,除了對(duì)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境帶來的危害外,溢油事故也可能會(huì)導(dǎo)致火災(zāi),傳統(tǒng)的溢油處理方法有機(jī)械提取分離、化學(xué)分散、現(xiàn)場(chǎng)燃燒等。這些方法一般效率低,不但沒法使油品直接回收利用,而且往往可能造成二次污染,因此,需求一種高效的可持續(xù)發(fā)展的溢油處理新方法受到了人們的廣泛關(guān)注。
近年來,結(jié)合超疏水親油性能的吸附材料的應(yīng)用被公認(rèn)為是一種更有效的溢油控制回收的途徑。目前常見的吸附材料有活性炭、分子篩、碳納米管復(fù)合海綿、Fe/CNT復(fù)合物、多孔聚合物等,它們都能由于油水分離,但是也存在著一些問題。比如以碳納米管復(fù)合的吸附材料雖然有高效的油水分離能力,但是其昂貴的生產(chǎn)成本限制了它的廣泛應(yīng)用。而活性炭由于其本身的吸水特性需要進(jìn)行表面修飾改性來提高其吸油效率,而且其密度大,在油水混合物中會(huì)下沉,對(duì)于溢油回收也存在著諸多不便。因此我們應(yīng)該發(fā)展一種具有高吸附能力、可循環(huán)使用、低成本、無二次污染的新型吸附材料。因此聚合物海綿由于其開孔結(jié)構(gòu)、孔隙率高、彈性好,價(jià)格低,而且密度小,會(huì)浮在水面上,更易于溢油的控制回收,被認(rèn)為是很良好應(yīng)用前景的油水分離材料。實(shí)際上,商業(yè)的聚合物海綿多為聚氨酯海綿和三聚氰胺海綿,是親水性的,不過通過表面基團(tuán)改性、與疏水性的納米顆粒復(fù)合以及表面粗糙度改性等方法可以使其具有疏水親油性能,因此海綿在溢油事故的控制回收等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)不足,提供一種用于溢油回收的氧化亞銅/三聚氰胺海綿的制備方法,本發(fā)明制備過程簡(jiǎn)單,而且成本低,制備出的材料具有良好的疏水親油性,油品易于脫附回收,可重復(fù)循環(huán)利用,能有效的應(yīng)用于溢油事故的控制回收。
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣解決的:
(1)先將市售的三聚氰胺海綿放入燒杯中,加入適量的去離子水,在超聲波儀中超聲清洗,然后將三聚氰胺海綿置于適量的乙醇中超聲清洗30-60min,再在80-140℃干燥箱中4-8小時(shí)干燥;
(2)將三聚氰胺海綿裝入燒杯,加入適量的乙醇,在超聲波儀中清洗一段時(shí)間,然后在80-140℃干燥箱中4-8小時(shí)干燥;
(3)用量筒量取30-80mL的正己烷作為溶劑,倒入帶蓋的廣口瓶中,加入0.5-3g的道康寧硅膠,再加入0.1-1.2g已經(jīng)過改性的氧化亞銅,將廣口瓶置于功率為100-500W的超聲波儀中超聲10-30min;
(4)取0.5-2g干燥后的三聚氰胺海綿置于廣口瓶中,將溫度控制在30-60℃,繼續(xù)超聲1-3小時(shí);
(5)取0.1-1.2g的硬化劑置于廣口瓶中,1-3h后停止超聲,將廣口瓶中的海綿取出放于培養(yǎng)皿中,在鼓風(fēng)恒溫干燥箱中120-200℃下2-8小時(shí)硬化干燥,冷卻至室溫后取出。
氧化亞銅是以二水合氯化亞銅為原料,通過水熱法合成的。
該制備方法采用的是三聚氰胺海綿,并進(jìn)行了粗糙度改性,改性劑改性,加熱硬化等操作。
本發(fā)明將氧化亞銅和三聚氰胺海綿進(jìn)行復(fù)合來制備具有高疏水親油性能的海綿,通過掃描電子顯微鏡(SEM)可以觀察到氧化亞銅在三聚氰胺海綿的表面復(fù)合緊密。同時(shí)實(shí)驗(yàn)測(cè)得制備的氧化亞銅海綿的接觸角為144°,通過油水吸附試驗(yàn)進(jìn)一步證明了制得的氧化亞銅海綿具有優(yōu)良的疏水親油性能,而且制備過程簡(jiǎn)單,成本低,油品易于脫附回收,可以重復(fù)循環(huán)利用,能有效的應(yīng)用于溢油事故的控制回收:
(1)本發(fā)明所用的三聚氰胺海綿價(jià)格低廉,比表面積很大,在吸附材料方面具有廣泛的應(yīng)用前景。
(2)本發(fā)明選用氧化亞銅和硅膠進(jìn)行改性,除了能提高海綿的疏水親油性,而且其循環(huán)利用性能也比較好。
(3)本發(fā)明提出的疏水親油海綿的制備工藝簡(jiǎn)單,成本低,為其大規(guī)模生產(chǎn)利用提供了可能。
附圖說明
圖1是本發(fā)明實(shí)施例中商業(yè)未處理過的三聚氰胺海綿的SEM圖;
圖2(a)本發(fā)明基于氧化亞銅對(duì)三聚氰胺海綿超疏水親油改性后的SEM圖;
圖2(b)本發(fā)明基于氧化亞銅對(duì)三聚氰胺海綿超疏水親油改性后的局部放大的SEM圖;
圖3是本發(fā)明三聚氰胺海綿及其改性材料在水中的表觀狀態(tài)圖;
圖4是本發(fā)明三聚氰胺海綿及其改性材料在油水混合液中的表觀狀態(tài)圖;
圖5是本發(fā)明基于氧化亞銅疏水親油改性后的三聚氰胺海綿的接觸角示意圖;
圖6是本發(fā)明三聚氰胺海綿及其改性材料對(duì)水吸收量隨浸泡時(shí)間的變化關(guān)系示意圖。
圖7是本發(fā)明三聚氰胺海綿及其改性材料對(duì)油吸收量隨浸泡時(shí)間的變化關(guān)系示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體內(nèi)容作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
由圖1和圖2可以看到未處理的三聚氰胺海綿和基于氧化亞銅改性制得的三聚氰胺海綿的SEM表征圖,可以看出未處理的三聚氰胺海綿輪廓壁面光滑,基于氧化亞銅改性制得的三聚氰胺海綿的輪廓壁面上復(fù)合著很多氧化亞銅顆粒,這說明本發(fā)明的氧化亞銅和三聚氰胺海綿復(fù)合良好。
由圖3可以看到三聚氰胺海綿及其改性材料在水中的表觀狀態(tài)圖,未改性的三聚氰胺海綿是沉入水底,基于氧化亞銅改性制得的三聚氰胺海綿漂浮在水面上,這說明本發(fā)明的三聚氰胺海綿改性材料具有高的疏水特性。
由圖4可以看到三聚氰胺海綿及其改性材料在油水混合液中的表觀狀態(tài)圖,未改性的三聚氰胺海綿不吸油直接沉入水底,基于氧化亞銅改性制得的三聚氰胺海綿漂浮在上面,而且吸收了很多油,這說明本發(fā)明的三聚氰胺海綿改性材料具有很好的疏水親油特性。
由圖5可以看到基于氧化亞銅疏水親油改性后的三聚氰胺海綿與水的接觸角示意圖,基于氧化亞銅疏水親油改性后的三聚氰胺海綿的接觸角為144°,這說明制備的三聚氰胺海綿改性材料具有高的疏水性能。
圖6為三聚氰胺海綿及其改性材料對(duì)水吸收量隨浸泡時(shí)間的變化關(guān)系示意圖,其中取體積相同的兩塊改性前后的海綿,改性前的海綿質(zhì)量為0.191g,體積相同的改性后的海綿質(zhì)量為0.425g,從圖中可以看出靜置于水中10min之后,三聚氰胺海綿改性前后的吸水量分別為1.759g和0.0012g。實(shí)驗(yàn)結(jié)果再次表明本發(fā)明制備的基于氧化亞銅改性制得的三聚氰胺海綿材料具有高的疏水性能。
圖7為三聚氰胺海綿及其改性材料對(duì)油吸收量隨浸泡時(shí)間的變化關(guān)系示意圖,其中取體積相同的兩塊改性前后的海綿,改性前的海綿質(zhì)量為0.191g,體積相同的改性后的海綿質(zhì)量為0.425g,從圖中可以看出靜置于油中50min之后,三聚氰胺海綿改性前后的吸油量分別為0.0712g和1.712g。實(shí)驗(yàn)結(jié)果再次表明本發(fā)明制備的基于氧化亞銅改性制得的三聚氰胺海綿材料具有高的吸油性能。
該制備方法具體實(shí)現(xiàn)步驟為:
(1)先將市售的三聚氰胺海綿放入燒杯中,加入適量的去離子水,在功率為100-500W的超聲波儀中超聲清洗30min,重復(fù)兩次,然后將三聚氰胺海綿置于適量的乙醇中超聲清洗30min,再在120℃干燥箱中4小時(shí)干燥;
(2)將三聚氰胺海綿裝入燒杯,加入適量的乙醇,在功率為100-500W的超聲波儀中清洗30min,然后在120℃干燥箱中4小時(shí)干燥;
(3)用量筒量取50mL的正己烷作為溶劑,倒入帶蓋的廣口瓶中,加入0.5g的道康寧硅膠,再加入0.1g已經(jīng)制備合成的氧化亞銅,將廣口瓶置于功率為100-500W的超聲波儀中超聲30min,可以發(fā)現(xiàn)整個(gè)溶劑均勻的分散著黃色氧化亞銅;
(4)取0.5g干燥后的三聚氰胺海綿置于廣口瓶中,將溫度控制在40℃,繼續(xù)超聲1小時(shí);
(5)取0.1g的硬化劑置于廣口瓶中,在功率為100-500W的超聲波儀中繼續(xù)超市1小時(shí);
(6)停止超聲,在室溫下放置1小時(shí),將廣口瓶中的海綿取出放于培養(yǎng)皿中,在鼓風(fēng)恒溫干燥箱中120℃下4小時(shí)硬化干燥,冷卻至室溫后取出,可以發(fā)現(xiàn)白色的三聚氰胺海綿在和氧化亞銅復(fù)合后變成了黃色的海綿。
該制備方法采用的是三聚氰胺海綿,并進(jìn)行了預(yù)處理,氧化亞銅復(fù)合改性,加熱硬化等操作。
所述的用于溢油控制回收的基于氧化亞銅對(duì)三聚氰胺海綿超疏水親油改性的油水分離材料,是通過過接觸角測(cè)試和油水吸附試驗(yàn)來判斷其疏水親油性能,結(jié)合掃描電子顯微鏡(SEM)來表征改性后三聚氰胺海綿的粗糙度以及表面氧化亞銅的復(fù)合情況。
本發(fā)明主要是將氧化亞銅和三聚氰胺海綿進(jìn)行復(fù)合來制備具有高疏水親油性能的海綿,其中選用道康寧硅膠作為粘連劑使氧化亞銅和三聚氰胺海綿復(fù)合的更緊密,同時(shí)道康寧硅膠也作為改性劑,能進(jìn)一步提高三聚氰胺海綿的疏水性,同時(shí)以正己烷為溶劑,還添加了硬化劑結(jié)合加熱硬化過程來進(jìn)一步提高三聚氰胺海綿的機(jī)械強(qiáng)度。
本發(fā)明用于溢油控制回收的基于氧化亞銅對(duì)三聚氰胺海綿超疏水親油改性的油水分離材料的制備方法為:
先將市售的三聚氰胺海綿放入燒杯中,加入適量的去離子水,在超聲波儀中超聲清洗,然后將三聚氰胺海綿置于適量的乙醇中超聲清洗后再在烘干,然后用量筒量取50mL的正己烷作為溶劑,倒入帶蓋的廣口瓶中,加入0.5g的道康寧硅膠,再加入0.1g已經(jīng)制備合成的氧化亞銅,將廣口瓶置于超聲波儀中超聲30min,然后取0.5g干燥后的三聚氰胺海綿置于廣口瓶中,繼續(xù)超聲1小時(shí),再取0.1g的硬化劑置于廣口瓶中,1小時(shí)后停止超聲,將廣口瓶中的海綿取出放于培養(yǎng)皿中,在鼓風(fēng)恒溫干燥箱中120℃下4小時(shí)硬化干燥,冷卻至室溫后取出。
將基于氧化亞銅改性制得的三聚氰胺海綿進(jìn)行接觸角測(cè)試,首先將三聚氰胺海綿改性制備材料用剪刀剪成小塊,再將海綿塊置于不同的玻璃片上,通過加水滴、拍攝、測(cè)量得出與水的接觸角,三聚氰胺海綿改性后與水的接觸角是144°,說明本發(fā)明制備的三聚氰胺海綿改性材料具有高的疏水性能。
將基于氧化亞銅改性制得的三聚氰胺海綿進(jìn)行吸:水實(shí)驗(yàn)測(cè)試,測(cè)試條件為室溫下分別將等質(zhì)量的改性前后的三聚氰胺海綿置于水中,測(cè)試不同時(shí)間段三聚氰胺海綿對(duì)水的吸附能力。取體積相同的兩塊改性前后的海綿,改性前的海綿質(zhì)量為0.191g,體積相同的改性后的海綿質(zhì)量為0.425g,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,靜置于水中10min之后,三聚氰胺海綿改性前后的吸水量分別為1.759g和0.0012g。實(shí)驗(yàn)結(jié)果再次表明本發(fā)明制備的基于氧化亞銅改性制得的三聚氰胺海綿材料具有高的疏水性能。
將基于氧化亞銅改性制得的三聚氰胺海綿進(jìn)行吸油實(shí)驗(yàn)測(cè)試,測(cè)試條件為室溫下分別將等質(zhì)量的改性前后的三聚氰胺海綿置于油中,測(cè)試不同時(shí)間段三聚氰胺海綿對(duì)油的吸附能力。有實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,靜置于油中50min之后,三聚氰胺海綿改性前后的吸油量分別為0.0712g和1.712g。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果再次表明本發(fā)明制備的基于氧化亞銅改性制得的三聚氰胺海綿材料具有高的吸油性能。