一种二氧化硅构筑超疏水三聚氰胺海绵的制备方法及用途与流程

本发明涉及一种二氧化硅构筑超疏水三聚氰胺海绵的制备方法及其用途，属环境功能材料制备技术领域。

背景技术：

石油是世界上最重要的能源之一，但是在石油的开采、运输和贮存的过程中经常发生石油的泄漏事件，石油的泄漏会给渔业、海洋养殖业和旅游业带来巨大的经济影响。目前关于石油泄漏的治理方法主要有：原位燃烧法、栅栏拦截法、生物降解法、吸附分离法等。其中，用吸油材料处理溢油是最经济、有效的方法之一，因此备受科研人员的广泛关注。目前关于“水油分离”的科学研究领域的新材料逐渐被开发。该种材料一般通过构造表面粗糙结构和表面低能物质修饰以达到材料的超疏水/超亲油性能。然而，材料制备的成本问题与工序复杂问题是亟需解决的难点。

三聚氰胺(蜜胺)海绵塑料是一种低密度、高开空率、柔性的泡沫塑料。因具备卓越的阻燃性、吸声性和隔热性，广泛应用于有改善音质、控制噪声、隔热保温需求的建筑业、工业、交通工具、航天航空、机电、家电、电子产品、服装织物、日用清洁品等领域。接触明火后在燃烧体的表面形成致密的焦炭层从而阻滞燃烧，无滴流，无毒性气体释放，烟密度小，离火自熄。超强吸声能力：其高达95％以上开孔率使得声波能方便有效的进入泡沫体的深层并转变为网格的震动能被消耗和吸收掉，且有效地消除反射波。良好绝热保温性：其开孔率高达95％以上，三维网格结构使空气的对流传热得到有效的阻滞。耐温性强：适宜长期工作在-165℃至180℃条件下，且无分解和变形现象。无毒卫生安全性：其稳定的化学结构和交联体系使其具有独特的化学稳定性，完全满足国家关于室内装饰、日用品及交通工具降噪等领域。基于三聚氰胺海绵的超轻多孔、可多次重复利用性以及价格低廉等优点，可以作为油水分离材料的基材使用，在其表面进行粗糙的构筑和表面低能修饰达到超疏水性能，并应用于油水分离工程。

本发明充分利用资源，将低密度多孔的三聚氰胺海绵作为基材，在其表面进行疏水二氧化硅的构筑，该材料展现出优异的超疏水性能，并表现出在水体表面快速吸附油污，是一种用于油水分离方面具有良好前景的吸附材料。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种二氧化硅构筑超疏水三聚氰胺海绵的制备方法，首先将三聚氰胺海绵进行酸洗；其次，配制乙烯基三乙氧基硅烷(vtes)水分散液；最后，制备二氧化硅构筑超疏水三聚氰胺海绵；并通过多种表征手段，揭示复合材料的形貌以及性能，利用吸附油类实验研究所得复合材料对水体中油污的去除性能。

本发明采用的技术方案是：

一种二氧化硅构筑超疏水三聚氰胺海绵的制备方法，按照下述步骤进行：

步骤1、三聚氰胺海绵的清洗：将三聚氰胺海绵浸于盐酸中进行清洗，并用水洗至中性后，烘干；

步骤2、配制乙烯基三乙氧基硅烷水分散液：将乙烯基三乙氧基硅烷添加到去离子水中，充分搅拌得到乙烯基三乙氧基硅烷水分散液；

步骤3、制备二氧化硅构筑超疏水三聚氰胺海绵：将步骤1中的三聚氰胺海绵浸于步骤2中的乙烯基三乙氧基硅烷水分散液中，滴加氨水后，烘干，得到二氧化硅构筑超疏水三聚氰胺海绵。

步骤1中，所使用的盐酸溶液浓度为0～1moll^-1，浸泡温度为10～50℃，浸泡时间为0.5～5h。

步骤1中，所述的水洗是用去离子水或蒸馏水或热水洗。

步骤1中，所使用的40～60℃下烘干5～8h。

步骤2中，所使用的乙烯基三乙氧基硅烷与去离子水的体积比为1～10:100。

步骤3中，所使用的氨水与乙烯基三乙氧基硅烷的体积比为1～3:10，所述氨水的浓度为5～15moll^-1。

步骤3中，所述烘干温度为25～45℃，并保持1～4h。

所制备的二氧化硅构筑超疏水三聚氰胺海绵用于吸附水体中的油污，如水面上的柴油。

有益效果：

(1)本发明所用基材为三聚氰胺海绵，来源丰富、价格低廉。

(2)制得的二氧化硅构筑超疏水三聚氰胺海绵具有高孔隙率，超低密度，高吸附量、快速吸附，化学稳定性强、再生重复利用性好等性能。

(3)鉴于该二氧化硅构筑超疏水三聚氰胺海绵的优异的性能，可在吸附水体中油污领域广泛使用。

(4)本发明的制备方法简单易行、流程较短、操作易控，适于工业化生产、使用。

附图说明

图1为实施例1中基材三聚氰胺海绵的扫描电镜图；

图2为实施例1中制备的二氧化硅构筑超疏水三聚氰胺海绵的扫描电镜图；

图3为实施例1中制备的二氧化硅构筑超疏水三聚氰胺海绵的接触角图和实物图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述：

实施例1：

将三聚氰胺海绵浸于0.5moll^-1盐酸水溶液中在10℃下保持1h进行清洗，并用去离子水或蒸馏水或热水洗涤至中性后，60℃下烘干5h；然后，配制vtes水分散液：将vtes与水的体积比为5:100混合，并在磁力搅拌器下强力搅拌至均匀的分散液；最后，将步骤1中清洗后的三聚氰胺海绵浸于步骤2中的分散液，滴加氨水(5～15moll^-1，与vtes体积比为2:10)，在35℃进行vtes水解，并保持2h，之后升温至80℃烘干，即可得到二氧化硅构筑超疏水三聚氰胺海绵。

图1为未酸洗的三聚氰胺海绵的扫描电镜图，清晰地看到三聚氰胺海绵表面具有大量的杂质，可能是在三聚氰胺海绵制备过程中发泡剂的残余，因此表面酸洗，具有必要性；

图2为二氧化硅构筑超疏水三聚氰胺海绵的扫描电镜图，清晰地可以看出有大量的硅球完全地包覆在三聚氰胺海绵表面，在制备过程中，不仅构筑了粗糙的表面结构，同时形成的乙烯基硅球的表面低能物质；

图3为二氧化硅构筑超疏水三聚氰胺海绵的接触角图和实物图，通过水滴静态接触角图，可以看出，该复合材料已经达到优异的超疏水性能，并且实物图表明了三聚氰胺海绵从亲水材料向超疏水材料的转变。

实施例2：

将三聚氰胺海绵浸于0moll^-1盐酸水溶液中在50℃下保持5h进行清洗，并用去离子水或蒸馏水或热水洗涤至中性后，40℃下烘干8h；然后，配制vtes水分散液：将vtes与水的体积比为1:100混合，并在磁力搅拌器下强力搅拌至均匀的分散液；最后，将步骤1中清洗后的三聚氰胺海绵浸于步骤2中的分散液，滴加氨水(5～15moll^-1，与vtes体积比为1:10)，在25℃进行vtes水解，并保持4h，之后升温至80℃烘干，即可得到二氧化硅构筑超疏水三聚氰胺海绵。

实施例3：

将三聚氰胺海绵浸于1moll^-1盐酸水溶液中在10℃下保持0.5h进行清洗，并用去离子水或蒸馏水或热水洗涤至中性后，60℃下烘干5h；然后，配制vtes水分散液：将vtes与水的体积比为10:100混合，并在磁力搅拌器下强力搅拌至均匀的分散液；最后，将步骤1中清洗后的三聚氰胺海绵浸于步骤2中的分散液，滴加氨水(5～15moll^-1，与vtes体积比为3:10)，在45℃进行vtes水解，并保持1h，即可得到二氧化硅构筑超疏水三聚氰胺海绵。

2、下面结合具体实施实例对本发明做进一步说明：

本发明中具体实施方案中吸附水体油污性能评价按照下述方法进行：在去离子水中添加一定量的油，如轻油(柴油)、重油(二氯乙烷)，用一定质量的二氧化硅构筑超疏水三聚氰胺海绵进行油污吸附实验。其吸油量qe计算如下：

其中mo(g)和me(g)分别是二氧化硅构筑超疏水三聚氰胺海绵初始质量和吸附饱和总质量。

实验例1：首先，去50ml的去离子水于烧杯中，并向其中添加取50ml的柴油，将0.1g的二氧化硅构筑超疏水三聚氰胺海绵置于装有油水混合物中，待吸附饱和后，取出，并称其质量，通过计算即可得到吸油量。结果表明：二氧化硅构筑超疏水三聚氰胺海绵对水体表面的轻油具有良好的吸附性能。

实验例2：首先，去50ml的去离子水于烧杯中，并向其中添加取50ml的二氯乙烷，将0.1g的二氧化硅构筑超疏水三聚氰胺海绵置于装有油水混合物中，吸附过程中需要使用镊子将海绵与二氯乙烷相接触，便于吸附，待吸附饱和后，取出，并称其质量，通过计算即可得到吸油量。结果表明：二氧化硅构筑超疏水三聚氰胺海绵对水体下的重油具有良好的吸附性能。

实验例3：首先，去50ml的去离子水于烧杯中，并向其中添加取50ml的二氯乙烷，将0.1g的二氧化硅构筑超疏水三聚氰胺海绵置于装有油水混合物中，吸附过程中需要使用镊子将海绵与二氯乙烷相接触，便于吸附，待吸附饱和后，取出，并称其质量，通过计算即可得到吸油量。挤出二氧化硅构筑超疏水三聚氰胺海绵吸附的二氯乙烷后，烘干，称重。重复以上过程10次，并表现出优异的重复利用性能。