一种泡沫金属基浮油收集材料及其制备方法
【专利说明】一种泡沬金属基浮油收集材料及其制备方法
[0001]
技术领域
本发明涉及浮油收集领域，具体涉及一种泡沫金属基浮油收集材料及其制备方法。
[0002]
【背景技术】
由于油轮沉没或者油井破裂、爆炸，输油管道等油品运输设施、储油罐燃烧爆炸等引起的石油泄漏会造成海洋生态系统的破坏，严重威胁海洋生物生命，而且会对滨海环境带来巨大的破怀。目前使用的撇油器处理粘度较大的重油非常有效，但对于粘度较小的石油，由于其扩散面积大、油层薄等特点，很难利用传统的围油收集方式来清理。如果采用分散剂、微生物富养化以及燃烧等手段对其进行处理，不仅对生态环境带来二次破坏或污染，而且浪费日益短缺的能源油品。因此，进一步发展新材料、新技术来高效清理并回收水面低粘度浮油和不溶于水的碳氢化物已是迫在眉睫。
[0003]近年来，由于多孔疏水亲油材料表现出优异的油水分离性能，使其在处理水面浮油领域受到了广泛的关注。然而，目前使用的多孔疏水亲油材料大多使用有机聚合物作为基质材料，例如，中国科学技术大学的俞书宏教授在其申请的专利ZL201310176037.5中，使用聚酯海绵、三聚氰胺海绵等多孔材料作为基质，在多孔材料的内部插入与泵连接的管子形成浮油收集设备。但由于多孔材料的机械性能较差，难以适用于动态的浮油收集过程。
[0004]因此，本发明设计了一种泡沫金属基浮油收集材料，具有较高的机械强度，适应于动态的浮油收集过程。
[0005]
【发明内容】
为了克服传统多孔海绵材料机械性能差等缺点，本发明提出一种泡沫金属基浮油收集材料及其制备方法，提高浮油收集材料的机械性能。
[0006]本发明的技术方案:
一种泡沫金属基浮油收集材料，其是由泡沫金属内嵌在亲油疏水材料中经烘干固化而成。
[0007]进一步方案，所述的泡沫金属包括泡沫铜、泡沫铝、泡沫镍、泡沫铁或它们的合金材料。
[0008]所述的亲油疏水材料包括全氟癸烷硫醇、聚丙烯酸酯、聚氨酯、聚二甲基硅氧烷、有机硅或聚四氟乙烯。
[0009]本发明的另一个发明目的是提供上述泡沫金属基浮油收集材料的制备方法，其步骤如下:
(I)将泡沫金属加入乙醇水溶液中进行超声清洗后，再加入到稀硝酸溶液中进行腐蚀清洗;
(2)将经步骤(I)处理后的泡沫金属基加入到NaOH溶液中进行表面羟基化处理；
(3)将亲油疏水材料用有机溶剂完全溶解成溶液；
(4)将经步骤(2)处理后的泡沫金属基加到步骤(3)中的亲油疏水材料溶液中进行搅拌0.5-50小时；
(5)将步骤(4)中混合物整体进行烘干，即得浮油收集材料。
[0010]进一步方案，所述步骤(I)中乙醇水溶液的质量浓度为1-99%，稀硝酸溶液的质量浓度为用0.1-10%。
[0011]进一步方案，所述步骤(I)中超声清洗的时间为0.5-50小时，腐蚀清洗的时间为1-60分钟。
[0012]进一步方案，所述步骤(2)中NaOH溶液的质量浓度为用0.01-5%，处理温度为50-120°C，处理时间为1-60分钟。
[0013]所述步骤(3)中有机溶剂为乙醇或丙酮。
[0014]本发明中泡沫金属是指孔隙度达到90%以上，且具有一定强度和刚度的多孔金属。含有泡沫状气孔的金属材料与一般烧结多孔金属相比，泡沫金属的气孔率更高，孔径尺寸较大，可达7毫米。泡沫金属的力学性能随气孔率的增加而降低，其导电性、导热性也相应呈指数关系降低。当泡沫金属承受压力时，由于气孔塌陷导致的受力面积增加和材料应变硬化效应，使得泡沫金属具有优异的冲击能量吸收特性。本发明将泡沫金属内嵌入亲油疏水材料制成浮油收集材料，从而提高浮油收集材料的机械性能。
[0015]本发明将泡沫金属先进行超声清洗，然后再进行腐蚀清洗，最后进行表面羟基化处理，从而将泡沫金属表面附着的污染物清除掉，并进一步通过稀硝酸将其表面的氧化层进行清除，提高了泡沫金属的清洁度。最后通过NaOH使泡沫金属表面羟基化，增加泡沫金属表面的羟基基团，为下一步表面修饰亲油疏水涂层提供丰富的羟基基团，提高泡沫金属和亲油疏水材料之间的结合力。
[0016]亲油疏水材料是具有亲油疏水功能的有机材料(或者有机化学试剂)。如全氟癸烷硫醇、聚丙烯酸酯、聚氨酯、聚二甲基硅氧烷、有机硅或聚四氟乙烯。
[0017]本发明的泡沫金属基浮油收集材料是以泡沫金属其作为基质材料，并修饰亲油疏水材料，其中泡沫金属提高了其机械强度，而亲油疏水材料提高了其对浮油的吸附能力。从而提高了浮油收集材料的机械强度，使适应于动态的浮油收集过程。
[0018]本发明制备的泡沫金属基浮油收集材料能够用于处理石油泄漏、有机溶剂泄漏和工业有机相与水相分离，也可以用于清理江、河、湖、海水面的浮油，特别适合应用于船载处理水面浮油装置。
[0019]
【附图说明】
[0020]图1是本发明结构示意图；
图2是本发明浮油收集材料亲油效果照片；
图3是本发明浮油收集材料疏水效果照片。
[0021]
【具体实施方式】
[0022]实施例1、
如图1所示，泡沫金属I内嵌在亲油疏水材料2中经烘干固化而成泡沫金属基浮油收集材料。该浮油收集材料具有疏水亲油功能，并且由于泡沫金属提高了其机械强度，而亲油疏水材料提高了其对浮油的吸附能力。
[0023]进一步方案，所述的泡沫金属包括泡沫铜、泡沫铝、泡沫镍、泡沫铁或它们的合金材料。所述的亲油疏水材料包括全氟癸烷硫醇、聚丙烯酸酯、聚氨酯、聚二甲基硅氧烷、有机硅或聚四氟乙烯。
[0024]实施例2、泡沫铜基浮油收集材料的制备过程如下:
(1)将泡沫铜加入质量浓度为1%乙醇水溶液中进行超声清洗50小时后，再加入质量浓度为用0.1%稀硝酸溶液中进行腐蚀清洗60分钟；
(2)再将其加入到1%NaOH溶液中100°C下进行表面羟基化处理10分钟；
(3)将全氟癸烷硫醇用有机溶剂乙醇完全溶解成溶液；
(4)将经步骤(2)处理后的泡沫铜加到步骤(3)中的全氟癸烷硫醇溶液中进行搅拌0.5小时；
(5)将步骤(4)中混合物整体进行烘干，即得浮油收集材料。
[0025]本实施例制备的泡沫铜浮油收集材料的亲油效果如图2所示(放大两倍)，滴一滴油在泡沫铜浮油收集材料的表面马上被其吸收，证明它的吸油效果好。
[0026]本实施例制备的泡沫铜浮油收集材料的疏水效果如图3所示(放大四倍)，滴一滴水在泡沫铜浮油收集材料的表面，其仍然呈现水珠形式，而没有被其吸收，说明它的疏水效果好。
[0027]实施例3.泡沫铝基浮油收集材料的制备过程如下:
(1)将泡沫铝加入质量浓度为99%乙醇水溶液中进行超声清洗0.5小时后，再加入质量浓度为用0.1%稀硝酸溶液中进行腐蚀清洗I分钟；
(2)再将其加入到0.01% NaOH溶液中50°C下进行表面羟基化处理5分钟；
(3)将聚丙烯酸酯用有机溶剂丙酮完全溶解成溶液；
(4)将经步骤(2)处理后的泡沫铝加到步骤(3)中的聚丙烯酸酯溶液中进行搅拌50小时；
(5)将步骤(4)中混合物整体进行烘干，即得浮油收集材料。
[0028]实施例4.泡沫镍基浮油收集材料的制备过程如下:
(1)将泡沫镍加入质量浓度为50%乙醇水溶液中进行超声清洗30小时后，再加入质量浓度为用5%稀硝酸溶液中进行腐蚀清洗30分钟；
(2)再将其加入到2%NaOH溶液中120°C下进行表面羟基化处理30分钟；
(3)将二甲基硅氧烷用有机溶剂丙酮完全溶解成溶液；
(4)将经步骤(2)处理后的泡沫镍加到步骤(3)中的二甲基硅氧烷溶液中进行搅拌10小时；
(5)将步骤(4)中混合物整体进行烘干，即得浮油收集材料。
[0029]实施例5.泡沫铁基浮油收集材料的制备过程如下: (1)将泡沫铁加入质量浓度为80%乙醇水溶液中进行超声清洗20小时后，再加入质量浓度为用5%稀硝酸溶液中进行腐蚀清洗30分钟；
(2)再将其加入到0.5% NaOH溶液中80°C下进行表面羟基化处理60分钟；
(3)将聚四氟乙烯用有机溶剂乙醇完全溶解成溶液；
(4)将经步骤(2)处理后的泡沫铁加到步骤(3)中的聚四氟乙烯烷溶液中进行搅拌20小时；
(5)将步骤(4)中混合物整体进行烘干，即得浮油收集材料。
[0030]以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术方案作任何形式上的限制。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均仍在本发明的技术方案的范围内且属于要求保护的本发明的范围。
【主权项】
1.一种泡沫金属基浮油收集材料，其特征在于:其是由泡沫金属内嵌在亲油疏水材料中经烘干固化而成。2.根据权利要求1所述的泡沫金属基浮油收集材料，其特征在于:所述的泡沫金属包括泡沫铜、泡沫销、泡沫镲、泡沫铁或它们的合金材料。3.根据权利要求1所述的泡沫金属基浮油收集材料，其特征在于:所述的亲油疏水材料包括全氟癸烷硫醇、聚丙烯酸酯、聚氨酯、聚二甲基硅氧烷、有机硅或聚四氟乙烯。4.如权利要求1所述的泡沫金属基浮油收集材料的制备方法，其特征在于:步骤如下: (1)将泡沫金属加入乙醇水溶液中进行超声清洗后，再加入到稀硝酸溶液中进行腐蚀清洗; (2)将经步骤(I)处理后的泡沫金属基加入到NaOH溶液中进行表面羟基化处理； (3)将亲油疏水材料用有机溶剂完全溶解成溶液； (4)将经步骤(2)处理后的泡沫金属基加到步骤(3)中的亲油疏水材料溶液中进行搅拌0.5-50小时； (5)将步骤(4)中混合物整体进行烘干，即得浮油收集材料。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于:所述步骤(I)中乙醇水溶液的质量浓度为1_99%，稀硝酸溶液的质量浓度为用0.1-10%。6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于:所述步骤(I)中超声清洗的时间为0.5-50小时，腐蚀清洗的时间为1-60分钟。7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于:所述步骤(2)中NaOH溶液的质量浓度为用0.01-5%，处理温度为50-120°C，处理时间为1-60分钟。8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于:所述步骤(3)中有机溶剂为乙醇或丙酮。
【专利摘要】本发明提供一种泡沫金属基浮油收集材料及其制备方法，其是由泡沫金属内嵌在亲油疏水材料中经烘干固化而成。本发明的泡沫金属基浮油收集材料是以泡沫金属其作为基质材料，并修饰亲油疏水材料，从而提高了浮油收集材料的机械强度和对浮油的吸附能力，使适应于动态的浮油收集过程。能够用于处理石油泄漏、有机溶剂泄漏和工业有机相与水相分离，也可以用于清理江、河、湖、海水面的浮油，特别适合应用于船载处理水面浮油装置。
【IPC分类】C02F1/40, E02B15/10, B01D17/022
【公开号】CN104906828
【申请号】CN201510361035
【发明人】孟凡利, 金震, 孔令涛, 刘锦淮
【申请人】中国科学院合肥物质科学研究院
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年6月27日