一种高效油水分离壳聚糖海绵及其制备方法技术

本发明专利技术属于壳聚糖材料领域，公开了一种高效油水分离壳聚糖海绵及其制备方法。本发明专利技术制备方法包括以下步骤：(1)将壳聚糖溶于酸液中得到壳聚糖溶液，冻干，得到壳聚糖多孔海绵；(2)通过原位的硅氧烷单体的聚合反应，在壳聚糖多孔海绵表面包覆有机硅氧烷干燥后得到高效油水分离壳聚糖海绵。本发明专利技术通过冷冻干燥得到壳聚糖多孔海绵，通过原位的硅氧烷单体的聚合反应，在壳聚糖海绵的框架表面涂覆一层有机硅氧烷涂层，成为表面为有机硅的亲油疏水材料，从而制备出具有超疏水和超亲油特性的高效油水分离壳聚糖海绵，其力学性能好，可满足实际应用要求。对多种油都具有较高的吸油倍数，可制备大体积的疏水亲油海绵，保油能力强，应用于油水分离中。

【技术实现步骤摘要】
一种高效油水分离壳聚糖海绵及其制备方法
本专利技术属于壳聚糖材料领域，特别涉及一种高效油水分离壳聚糖海绵及其制备方法。
技术介绍
近年来越来越多的环境问题，如石油泄漏造成的水体污染、工业排放含有机染料或重金属离子废水等成为重要的全球问题，每年造成经济损失数千亿，导致了难修复的生态破坏，给海洋生物和人类健康带来了巨大威胁。用于油污等废水处理投入了大量的人力物力，但效果都不太理想。现用于油污吸收的材料多是不可生物降解的，大量的使用会造成白色污染。研发新型、高效、安全、环境友好、产量丰富的天然高分子多孔海绵，用于环境保护和污染治理十分必要且非常紧迫。1966年，美国道化学合成了第一种吸油高分子二乙烯苯交联烷基乙烯。之后日本三井、东大、触媒等也开展了吸油树脂的研究，并实现了商品化。近年来，各种结构新颖的多孔材料用于油污的吸收，包括聚氨酯、聚乙烯醇甲醛以及碳纳米材料和无机多孔材料。但吸油材料多依靠物理作用将油吸附于材料毛细管内，吸油效果不理想，如①吸油量不大，吸油倍率较小；②油水选择性低，吸油的同时也吸水；③吸油后保油性差，稍加压就会漏油；④研发及制造成本巨大，不能循环使用或在自然界中难以降解。这限制了其在油水混合体系中的实际应用，无法满足废油回收、环境治理和绿色发展的要求。因此，亟待开发质量轻、高疏水性、吸油效率高、速率快、可重复利用、可自然降解的新吸油材料。海洋可再生资源壳聚糖是地球上存量极为丰富的自然资源，是唯一带正电荷的动物纤维素。壳聚糖带有氨基阳离子基团，对带负电荷的有害物质有强吸附络合作用，在材料、化学、环境、食品、药品、生物、医学等领域具有广泛的应用。由于其是完全生物来源，自身又可全部自然降解，其获得、使用、回收等环节基本不存在任何环境危害，因此开发其在疏水亲油方面的应用具有十分重要的意义。然而冷冻干燥法制备的壳聚糖海绵是亲水性的表面性质，在油水混合物中多吸水，对油的吸附量很少，没有任何的油水选择性吸附。至今没有合适的技术方法能够快速制备具有亲油疏水的壳聚糖海绵材料以用于油水分离。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点与不足，本专利技术的首要目的在于提供一种高效油水分离壳聚糖海绵的制备方法。本专利技术另一目的在于提供上述方法制备的高效油水分离壳聚糖海绵。本专利技术再一目的在于提供上述高效油水分离壳聚糖海绵在油水分离中的应用。本专利技术的目的通过下述方案实现：一种高效油水分离壳聚糖海绵的制备方法，包括以下步骤：(1)将壳聚糖溶于酸液中得到壳聚糖溶液，冻干，得到壳聚糖多孔海绵；(2)通过原位的硅氧烷单体的聚合反应，在壳聚糖多孔海绵表面包覆有机硅氧烷干燥后得到高效油水分离壳聚糖海绵。在其中一个实施例中，步骤(1)中所述的壳聚糖为80～400目的粉末状壳聚糖。在其中一个实施例中，步骤(1)中所述的酸液可为甲酸、乙酸(醋酸)、草酸、乳酸和盐酸中的一种或多种的混合物水溶液。在其中一个实施例中，步骤(1)中所述的壳聚糖溶液的质量浓度为0.1～5％，酸的质量浓度为0.1～5％。在其中一个实施例中，步骤(1)中的操作为将壳聚糖在机械搅拌下溶于酸液中。所述的机械搅拌优选为在50～1500rpm的速度下搅拌30～1200min。在其中一个实施例中，步骤(1)中所述冻干的条件为-10～-80℃下冷冻4～24h，再在-56℃～-80℃，干燥12～48h。在其中一个实施例中，步骤(2)中所述的硅氧烷单体可为二甲基硅氧烷、三甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、四甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、正辛基三乙氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷和十八烷基三乙氧基硅中的至少一种。在其中一个实施例中，步骤(2)中所述聚合反应的介质为乙醇和氨水的混合物。在其中一个实施例中，步骤(2)中所述聚合反应的介质为质量比为100:1～5:1的乙醇和氨水的混合物。在其中一个优选实施例中，步骤(2)中所述聚合反应的介质为质量比为9:1的乙醇和氨水的混合物。在其中一个实施例中，步骤(2)中所述聚合反应所用介质与硅氧烷单体的质量比为100:1～10:1。在其中一个实施例中，步骤(2)中所述聚合反应的条件是25～80℃，反应时间为0.5～24h。在其中一个实施例中，步骤(2)中所述的聚合反应具体可为将壳聚糖多孔海浸泡在含硅氧烷单体的介质中进行。在其中一个实施例中，步骤(2)中所用壳聚糖多孔海绵与硅氧烷单体的质量比为0.1:10～5:1。在其中一个实施例中，步骤(2)中所述干燥的温度为30～100℃，干燥时间为0.5～48h。本专利技术提供上述方法制备得到的高效油水分离壳聚糖海绵，具体为表面为有机硅的亲油疏水材料，具有超疏水和超亲油特性，可应用于油水分离中。所述的油包括一氯甲烷、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、石油原油、汽油、柴油、葵花油、花生油、大豆油、正己烷、正辛烷、丙酮、苯、甲苯、二甲苯、乙苯和苯乙烯等。本专利技术通过将壳聚糖在机械搅拌下溶解于酸性水溶液中得到壳聚糖溶液，再将壳聚糖溶液冷冻干燥，得到壳聚糖多孔海绵；之后通过原位的硅氧烷单体的聚合反应，在壳聚糖海绵的框架表面涂覆一层有机硅氧烷涂层，成为表面为有机硅的亲油疏水材料，从而制备出具有超疏水和超亲油特性的高效油水分离壳聚糖海绵。本专利技术方法造价低廉、操作简单、能耗低、制备效率高，对环境无污染。壳聚糖完全生物来源，价格便宜，无毒无害，可全部自然降解。壳聚糖疏水海绵，力学性能好，可以满足实际应用要求。对多种油都具有较高的吸油倍数，可以制备大体积的疏水亲油海绵，保油能力强，应用于油水分离中。本专利技术相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：1、本专利技术提出一种制备壳聚糖疏水亲油海绵的方法，造价低廉、操作简单、能耗低、制备效率高，对环境无污染，制备的壳聚糖海绵能用于实际的油水分离操作。2、本专利技术采用壳聚糖完全生物来源，价格便宜，无毒无害，环境友好，可全部自然降解，其获得、使用、回收等环节环境危害小，是一种绿色的高分子材料。3、本专利技术制备的壳聚糖疏水海绵，力学性能好，可以满足实际应用要求。对多种油都具有较高的吸油倍数，可以制备大体积的疏水亲油海绵，保油能力强。附图说明图1为实施例1中制备的壳聚糖海绵的多孔结构扫描电子显微镜图。图2为实施例2中制备的壳聚糖海绵，聚硅烷改性前后在水中的悬浮情况。图3为实施例3中制备的疏水壳聚糖海绵对不同种类型的油的吸油效果。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。下列实施例中使用的试剂均可从商业渠道获得。实施例1将2g壳聚糖、2mL盐酸、100mL去离子水在机械搅拌下(400r/min，搅拌120min)充分溶解得到透明壳聚糖溶液；将得到的壳聚糖溶液在-20℃下冷冻4h冻成冰，再在-56℃进行冷冻干燥，得到壳聚糖多孔海绵；将上述1cm3的海绵浸泡到含有0.2g四甲氧基硅烷和0.5g十六烷基三甲氧基硅烷的乙醇氨水混合物中(乙醇9mL+氨水1mL)，50℃下进行聚合反应4h，将海绵在40℃干燥12h，得到壳聚糖亲油疏水海绵。附图1为实施例1制备得到的壳聚糖多孔海绵的扫描电镜图。从图1中可以看出孔结构丰富，孔径大小在250～500μm间，适合用于油本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高效油水分离壳聚糖海绵的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)将壳聚糖溶于酸液中得到壳聚糖溶液，冻干，得到壳聚糖多孔海绵；(2)通过原位的硅氧烷单体的聚合反应，在壳聚糖多孔海绵表面包覆有机硅氧烷干燥后得到高效油水分离壳聚糖海绵。

【技术特征摘要】
1.一种高效油水分离壳聚糖海绵的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)将壳聚糖溶于酸液中得到壳聚糖溶液，冻干，得到壳聚糖多孔海绵；(2)通过原位的硅氧烷单体的聚合反应，在壳聚糖多孔海绵表面包覆有机硅氧烷干燥后得到高效油水分离壳聚糖海绵。2.根据权利要求1所述的高效油水分离壳聚糖海绵的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述的硅氧烷单体为二甲基硅氧烷、三甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、四甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、正辛基三乙氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷和十八烷基三乙氧基硅中的至少一种。3.根据权利要求1所述的高效油水分离壳聚糖海绵的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述聚合反应的介质为乙醇和氨水的混合物。4.根据权利要求1所述的高效油水分离壳聚糖海绵的制备方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘明贤，周长忍，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：广东,44