一种油水分离用高吸油海绵的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种油水分离用高吸油材料的制备方法，尤其涉及一种低成本、高吸油率、可重复使用的油水分离用高吸油海绵的制备方法。
【背景技术】
[0002]伴随经济的快速发展，石油及其各种下游产品的广泛应用，油类对水体的污染成为影响生态环境的一大严重问题，其中以油类泄露问题尤为严重。油类泄露事故使有毒化合物快速进入食物链，低到低等藻类，高到高等哺乳动物无一幸免。当前对这一问题的处理方式以吸附处理为主。吸附材料可分为天然吸附材料和人工合成吸附材料。天然吸附材料如秸杆、棉毛制品以及无机矿物沸石等，这类产品具有就地取材、成本低廉等优点，但其低吸油量和低吸附速率限制了使用的广泛性。人工合成吸附材料如碳纳米管、碳纳米泡沫等弥补了天然材料的缺点，但是却有工艺复杂、成本高昂的缺点。专利CN104163934 A公开了一种将聚合物泡沫材料进行部分碳化以获得疏水亲油材料的方法。这种方法要求在惰性气体保护下对泡沫材料进行高温处理，对工艺条件要求高，能耗高，而且碳化过程中不可避免将产生毒害性气体，带来新的环境污染。另外，碳化会造成泡沫的体积收缩并部分或完全丧失弹性，将导致吸油倍率和重复使用率下降。因此，迫切需要发展一种在保证吸油效果和重复使用性能的、成本低廉、工艺简单的选择性油水分离材料。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是为了改进现有吸油材料吸油倍率低、吸附时间长、制备工艺复杂等缺点，而提供一种油水分离用高吸油材料的制备方法。
[0004]本发明的技术方案为:一种油水分离用高吸油海绵的制备方法，其具体步骤如下:
[0005]a.对聚氨酯海绵表面进行疏水改性剂浸泡处理:将聚氨酯海绵浸没于质量浓度为0.5-10%浓度的疏水改性剂溶液中，控制接触时间为0.5-20小时，接触温度为20-60°C，使疏水改性剂在海绵表面附着；
[0006]b.对经疏水改性剂浸泡的聚氨酯海绵进行加热活化:将经疏水改性剂侵泡处理的海绵置于干燥箱内，进行加热活化，加热活化温度为50°C -1lO0C ;加热活化时间为0.5-20小时，诱导改性剂分子在海绵表面以疏水基团朝外的形式定向排列制得油水分离用高吸油海绵。
[0007]优选步骤a中所述的疏水改性剂改性剂的质量浓度为3% -7%。
[0008]优选疏水改性剂溶液中的疏水改性剂包括但不限于氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)、缩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)、巯丙基三甲(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);疏水改性剂溶液中的溶剂为能溶解疏水改性剂的溶剂，包括但不限于甲醇、乙醇、异丙醇、四氢呋喃、乙酸乙酯或正己烷。
[0009]优选步骤b中加热活化温度为75°C -90°C ;加热活化时间为5-14小时。
[0010]本发明所制得的高吸油海绵适用于油类及有机溶剂与水的分离。
[0011]有益效果:
[0012]1、使用价廉易得的聚氨酯海绵和疏水改性剂为原材料，制备过程仅包括浸泡和加热活化两步，工艺极为简便，对比其他方法，成本大幅降低。
[0013]2、制得的海绵具有高度憎水亲油特性，可快速对水上和水下的多种油类及有机溶剂进行选择性吸收，吸油倍率达自重数十至数百倍，从而实现油水分离的效果。
[0014]3、疏水改性过程不破坏聚氨酯海绵固有的高弹性，可通过挤压的方式回收吸收的油类，可多次重复使用，而吸油倍率不明显下降。
[0015]4、工艺简单易行，无需复杂设备和气氛保护，易于工业化生产，且原料简单易得，具有良好的放大生产前景，有望在水体油类污染物清除、石油开采、工业油类污染物分离等方面得到广泛应用。
【附图说明】
[0016]图1为实施例1中水滴和油滴在高吸油海绵表面的润湿状态照片；左边为渗漏进海绵内部的残存油迹，右边为水滴呈珠状保持在海绵表面的形态。
[0017]图2为实施例1制备的高吸油海绵微观形貌的扫描电子显微镜照片。
[0018]图3为实施例1制备的高吸油海绵循环吸附植物油过程中吸油率的变化图。
【具体实施方式】
[0019]以下结合具体实施例对本发明进行进一步的描述，但所给实施例不造成对本发明权利要求饱和范围的限制。
[0020]实施例1
[0021]取聚氨酯海绵放入容器中，加入以乙醇为溶剂配制的质量浓度为4%的疏水改性剂一一 γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(ΚΗ-570)溶液，要求溶液完全浸没海绵，并密封容器。在50°c条件下，搅拌20小时。
[0022]将经疏水改性剂浸泡处理的海绵在110°C下加热活化0.5小时，即得到吸油海绵。本实施例中得到的吸油海绵对植物油、润滑油的吸油倍率分别为自重的118倍和107倍。吸油海绵具备优异的憎水吸油特性，油滴滴落在海绵表面上快速渗入海绵内部，仅在表面残留少许油迹；而水滴则不能渗入吸油海绵，而是在海绵表面呈珠状长期保持(图1)。未经改性的初始海绵，油滴和水滴均会快速渗入海绵内部，即不具备油水选择性，而不能由于水体系中选择性地吸收油性物质。海绵可在水面水面长时间漂浮，但不吸水，表现出优异的憎水性。通过挤压除掉海绵吸收的油份，海绵可以重复使用10次以上，且吸油倍率不发生明显降低(图2)。扫描电子显微镜观察发现，经疏水改性获得的高吸油海绵的微观结构未发生明显变化，海绵表面也无明显可见的附着物(图3)，证实了疏水改性层的超薄特性，因而海绵的高孔隙率和高弹性得以保持，使得海绵获得高的吸油倍率和重复使用特性。
[0023]实施例2
[0024]取聚氨酯海绵放入容器中，加入以乙醇为溶剂配制的质量浓度为10%的疏水改性剂ΚΗ-570溶液，要求溶液完全浸没海绵，并密封容器。在25°C条件下，搅拌I小时。
[0025]将经疏水改性剂浸泡处理的海绵在75°C下加热活化16小时，即得到吸油海绵。本实施例中得到的海绵对植物油、润滑油的吸油倍率分别为自重的94倍和91倍。
[0026]实施例3
[0027]取聚氨酯海绵放入容器中，加入以甲醇为溶剂配制的质量浓度为5%的疏水改性剂——氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)溶液，要求溶液完全浸没海绵，并密封容器。在40°C条件下，搅拌10小时。
[0028]将经疏水改性剂浸泡处理的海绵在50°C下加热活化20小时，即得到吸油海绵。本实施例中得到的海绵对植物油、润滑油的吸油倍率均为自重的91倍。
[0029]实施例4
[0030]取聚氨酯海绵放入容器中，加入以甲醇为溶剂配制的质量浓度为0.5%的疏水改性剂——乙烯基三乙氧基硅烷(A151)溶液，要求溶液完全浸没海绵，并密封容器。在50°C条件下，搅拌20小时。
[0031]将经疏水改性剂浸泡处理的海绵在80°C下加热活化10小时，即得到吸油海绵。本实施例中得到的海绵对植物油、润滑油的吸油倍率分别为自重的115倍和120倍。
[0032]实施例5
[0033]取聚氨酯海绵放入容器中，加入以乙酸乙酯为溶剂配制的质量浓度为7%的疏水改性剂一一乙二胺丙基三乙氧基硅烷(KH792)溶液，要求溶液完全浸没海绵，并密封容器。在60°C条件下，搅拌12小时。
[0034]将经疏水改性剂浸泡处理的海绵在70°C下加热活化5小时，即得到吸油海绵。本实施例中得到的海绵对植物油、润滑油的吸油倍率分别为自重的106倍和111倍。
[0035]实施例6
[0036]取聚氨酯海绵放入容器中，加入以正己烷为溶剂配制的质量浓度为7%的疏水改性剂——乙二胺丙基甲基二甲氧基硅烷(KBM602)溶液，要求溶液完全浸没海绵，并密封容器。在30°C条件下，搅拌20小时。
[0037]将经疏水改性剂浸泡处理的海绵在90°C下加热活化10小时，即得到吸油海绵。本实施例中得到的海绵对植物油、润滑油的吸油倍率分别为自重的104倍和105倍。
[0038]以上实施例所制备的海绵可以重复使用10次以上，且吸油倍率不发生明显降低。
【主权项】
1.一种油水分离用高吸油海绵的制备方法，其具体步骤如下: a.对聚氨酯海绵表面进行疏水改性剂浸泡处理:将聚氨酯海绵浸没于质量浓度为0.5-10%浓度的疏水改性剂溶液中，控制接触时间为0.5-20小时，接触温度为20-60°C，使疏水改性剂在海绵表面附着； b.对经疏水改性剂浸泡的聚氨酯海绵进行加热活化:将经疏水改性剂侵泡处理的海绵置于干燥箱内，进行加热活化，加热活化温度为50°C -1lO0C ;加热活化时间为0.5-20小时，制得油水分离用高吸油海绵。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤a中所述的疏水改性剂的质量浓度为3% -7%。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于疏水改性剂溶液中的疏水改性剂为氨丙基三乙氧基硅烷、缩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烧、乙稀基二乙氧基娃烧、乙稀基二乙氧基娃烧、疏丙基二甲氧基娃烧、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；疏水改性剂溶液中的溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、四氢呋喃、乙酸乙酯或正己烷。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤b中加热活化温度为75°C-90°C;加热活化时间为5-14小时。
【专利摘要】本发明涉及一种用于油水分离的高吸油海绵的制备方法，其具体步骤如下：首先将聚氨酯海绵骨架表面用改性剂进行处理，得到疏水改性层，再将处理后的海绵在一定温度下进行加热活化处理，获得吸油海绵。改性海绵的超薄疏水改性层保持了聚氨酯海绵固有的高孔隙率、高弹性的特点，同时获得了高效吸油的特点。本方法制得的吸油海绵具备只吸油不吸水，吸油量达自重的数十倍至数百倍等优点，且可通过简单挤压的方式回收吸附油品。本方法制备的海绵具有成本低廉，工艺简单易行，重复使用性好的特点，可进行大规模生产。在水体油类污染物清除、石油开采、工业油类污染物分离等方面有望得到广泛应用。
【IPC分类】B01D17-022
【公开号】CN104771936
【申请号】CN201510121548
【发明人】秦渊智, 汪勇
【申请人】南京工业大学
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年3月19日