双网络复合水凝胶及其制备方法以及油水分离器技术

本发明专利技术涉及材料领域，具体而言，涉及一种双网络复合水凝胶及其制备方法以及油水分离器。该方法中，氨基改性的二氧化硅纳米粒子,丙烯酰胺‑丙烯酸共聚物和壳聚糖相互之间是以氢键和离子键两种纯物理作用交联的双网络结构，使该双网络复合水凝胶不仅具有优良的拉伸性能和水下超疏油性能，还有一定的自修复效果和较低的溶胀比，将其涂层到铜网上后制得的油水分离器拥有寿命长，难破坏的优秀品质。该双网络复合水凝胶拉伸应变在1500％‑2000％，拉伸应力在400kpa‑450kpa，自愈合效果明显，溶胀比较低，水下接触角高达164°。该油水分离器对油水混合物的分离效率达到99.71％，是一种很有发展前景的油水分离材料。 1

Double network composite hydrogel and its preparation method and oil-water separator

The invention relates to the field of materials, in particular to a double network composite hydrogel and a preparation method thereof and an oil-water separator. In this method, the amino modified silica nanoparticles, acrylamide acrylic acid copolymer and chitosan are interlinked with two kinds of pure physical functions, hydrogen bonds and ionic bonds, which make the dual network composite hydrogel not only have excellent tensile properties and underwater super oil properties, but also have a certain self repair. The oil-water separator made of copper and its coating has long life and is hard to destroy. The tensile strain of the double network composite hydrogel is 1500% and 2000%, the tensile stress is 400kPa 450kpa, the self healing effect is obvious, the swelling is lower and the underwater contact angle is up to 164 degrees. The oil-water separator has a high separation efficiency of 99.71% for oil and water mixture. It is a promising oil-water separation material. One

【技术实现步骤摘要】
双网络复合水凝胶及其制备方法以及油水分离器
本专利技术涉及材料领域，具体而言，涉及一种双网络复合水凝胶及其制备方法以及油水分离器。
技术介绍
当前，能源与环境问题仍是人类社会向前发展所面临的严峻问题，由于石油是目前人类最重要的能源来源之一，而全球范围内不时增加工业含油废水，以及频繁的石油泄漏事故，环境和经济需求强烈需要能够有效分离油和水的材料，世界各国科学工作者为此研发出各种解决方案，其中油水分离器的制备和使用是最为有效和方便的发法之一。亲水性和水下超疏油水凝胶涂层网格在一个油/水/固三相体系，由粗糙纳米结构水凝胶涂层和微米级多孔金属基板构建。它可以选择性地和有效地(>99％)分开油/水混合物(例如植物油，汽油，柴油)，甚至不需要任何额外能量来分离原油/水混合物。在分离过程中，对油滴亲和力低的水下超疏油界面可以防止涂油的油网污垢，使油料回收容易。水凝胶是最典型的亲水材料之一，由充满间隙空间的水交叉网络组成。由于其优异的吸水性和保水能力，水凝胶被认为是是有希望设计新型除水剂的候选者油水分离材料。目前，水凝胶涂层网格已有一些文献和专利报道了由亲水性水凝胶层和多孔基材的油水分离材料。但是存在着溶胀率高和破坏后不能修复等导致不能多次重复使用的问题。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供一种双网络复合水凝胶的制备方法，解决现有技术中水凝胶涂层溶胀率高、破坏后不能修复的问题。本专利技术的第二目的在于提供一种双网络复合水凝胶，拉伸应变大，自愈合效果好，水下超疏油性能好。本专利技术的第三目的在于提供一种油水分离器，对油水混合物的分离效率高。为了实现上述目的，本专利技术实施例采用的技术方案如下：一种双网络复合水凝胶的制备方法，包括：将丙烯酰胺、丙烯酸、二氧化硅纳米粒子和去离子水混合后，搅拌混合液至均匀透明，得第一溶液；向第一溶液中加入冰乙酸和壳聚糖，搅拌至壳聚糖溶解，得第二溶液；向第二溶液中加入光引发剂，在光照下聚合。一种双网络复合水凝胶，采用上述的双网络复合水凝胶的制备方法制得。一种油水分离器，包括上述的双网络复合水凝胶以及铜网，双网络复合水凝胶涂覆于铜网的表面。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的一种双网络复合水凝胶的制备方法，包括：将丙烯酰胺、丙烯酸、二氧化硅纳米粒子和去离子水混合后，搅拌混合液至均匀透明，得第一溶液。向第一溶液中加入冰乙酸和壳聚糖，搅拌至壳聚糖溶解，得第二溶液。向第二溶液中加入光引发剂，在光照下聚合。氨基改性的二氧化硅纳米粒子，丙烯酰胺、丙烯酸共聚物和壳聚糖相互之间是以氢键和离子键两种纯物理作用交联的双网络结构，使该双网络复合水凝胶不仅具有优良的拉伸性能和水下超疏油性能，还有一定的自修复效果和较低的溶胀比，将其涂层到铜网上后制得的油水分离器拥有寿命长，难破坏的优秀品质。本专利技术提供的一种双网络复合水凝胶，采用上述的双网络复合水凝胶的制备方法制得。据测定，该双网络复合水凝胶拉伸应变在1500％-2000％，拉伸应力在400kpa-450kpa，自愈合效果明显，溶胀比较低，接触角高达164°。本专利技术提供的一种油水分离器，包括上述的双网络复合水凝胶以及铜网，双网络复合水凝胶涂覆于铜网的表面。该油水分离器对油水混合物的分离效率达到99.71％。该油水分离器成本低廉，资源丰富，性能优异，稳定性好，是一种很有发展前景的油水分离材料。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本专利技术实施例制备的双网络复合水凝胶的拉伸应力应变；图2为本专利技术实施例制备的双网络复合水凝胶的水下超疏油性能；图3为本专利技术实施例4所制备的双网络水凝胶的低倍SEM图；图4为本专利技术实施例4所制备的双网络水凝胶的高倍SEM图；图5为本专利技术实例4所制备的用于油水分离器的双网络水凝胶复合铜网的分离效率的分析图。具体实施方式下面将结合实施例对本专利技术的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本专利技术，而不应视为限制本专利技术的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。下面对本专利技术实施例的双网络复合水凝胶及其制备方法以及油水分离器进行具体说明。本专利技术实施例提供的一种双网络复合水凝胶的制备方法，包括：S1、将丙烯酰胺、丙烯酸、二氧化硅纳米粒子和去离子水混合后，搅拌混合液至均匀透明，得第一溶液。进一步地，将丙烯酰胺、丙烯酸、二氧化硅纳米粒子和去离子水混合后，搅拌混合液至均匀透明，是采用超声搅拌。进一步地，超声搅拌5-20分钟。进一步地，丙烯酰胺为5-20g，丙烯酸为5-10g，去离子水的质量为5-20g，二氧化硅纳米粒子的质量为丙烯酰胺和丙烯酸总量的0.5％-5％。具体地，将丙烯酰胺，丙烯酸，二氧化硅纳米粒子和去离子水混合搅拌均匀后加入到50ml的圆底烧瓶中，超声并搅拌5至20分钟下使其充分混合，得到透明无明显颗粒的均匀第一溶液。丙烯酰胺是一种不饱和酰胺，别名AM，其单体为无色透明片状结晶，沸点125℃(3325Pa)，熔点84-85℃，密度1.122g/cm3。能溶于水、乙醇、乙醚、丙酮、氯仿，不溶于苯及庚烷中，在酸碱环境中可水解成丙烯酸。是有机合成材料的单体，生产医药、染料、涂料的中间体。丙烯酰胺单体在室温下很稳定，但当处于熔点或以上温度、氧化条件以及在紫外线的作用下很容易发生聚合反应。当加热使其溶解时，丙烯酰胺释放出强烈的腐蚀性气体和氮的氧化物类化合物。丙烯酸(AA)是重要的有机合成原料及合成树脂单体，是聚合速度非常快的乙烯类单体。是最简单的不饱和羧酸，由一个乙烯基和一个羧基组成。纯的丙烯酸是无色澄清液体，带有特征的刺激性气味。它可与水、醇、醚和氯仿互溶，是由从炼油厂得到的丙烯制备的。大多数用以制造丙烯酸甲酯、乙酯、丁酯、羟乙酯等丙烯酸酯类。二氧化硅纳米粒子可以选择氨基改性的二氧化硅纳米粒子。S2、进一步地，向第一溶液中加入冰乙酸和壳聚糖，搅拌至壳聚糖溶解，得第二溶液。进一步地，向第一溶液中加入冰乙酸和壳聚糖，搅拌至壳聚糖溶解是采用超声搅拌0.5-3个小时。进一步地，冰乙酸为0.01-0.5g，壳聚糖为0.1-1g。由于是以氨基改性的二氧化硅纳米粒子，共聚物网络P(AM-co-AA)和壳聚糖网络(CS)通过氢键和离子键组成的双重网络水凝胶，有利于提高水凝胶的拉伸应力应变和水下油滴的接触角，赋予了它自愈合的性能，大大降低了水凝胶的溶胀比，使其在制备出的油水分离材料性能和寿命都获得提升。具体地，向第一溶液中中加入冰乙酸和壳聚糖，超声搅拌0.5小时直到壳聚糖完全溶于混合液中，得到粘稠的液体，即第二溶液。S3、向第二溶液中加入光引发剂，在光照下聚合。进一步地，光引发剂为2-羟基-2-甲基苯丙酮,2-羟基-4-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮，1-羟基环己基苯基甲酮，2,2-二甲氧基一苯基甲酮或苯基双(2,4,6-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双网络复合水凝胶的制备方法，其特征在于，包括：

【技术特征摘要】
1.一种双网络复合水凝胶的制备方法，其特征在于，包括：将丙烯酰胺、丙烯酸、二氧化硅纳米粒子和去离子水混合后，搅拌混合液至均匀透明，得第一溶液；向所述第一溶液中加入冰乙酸和壳聚糖，搅拌至所述壳聚糖溶解，得第二溶液；向所述第二溶液中加入光引发剂，在光照下聚合。2.如权利要求1所述的双网络复合水凝胶的制备方法，其特征在于，将丙烯酰胺、丙烯酸、二氧化硅纳米粒子和去离子水混合后，搅拌混合液至均匀透明，是采用超声搅拌，超声搅拌5-20分钟。3.如权利要求2所述的双网络复合水凝胶的制备方法，其特征在于，所述第一溶液为无明显颗粒的均匀透明液体。4.如权利要求1所述的双网络复合水凝胶的制备方法，其特征在于，所述冰乙酸为0.01-0.5g，壳聚糖为0.1-1g。5.如权利要求1所述的双网络复合水凝胶的制备方法，其特征在于，所述丙烯酰胺为5-20g，所述丙烯酸为5-10g，所述二氧化硅纳米粒子的质量为所述丙烯酰胺和所述丙烯酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：何培新，张玉红，刘勇，苏铭吉，
申请(专利权)人：湖北大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42