一种石墨烯基油水分离泡沫材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯基油水分离泡沫材料及其制备方法和应用。该制备方法包括：（1）将多孔泡沫材料浸渍于氧化石墨烯水溶液中，取出后烘干；（2）再将步骤（1）获得的材料浸渍于含有机卤硅烷的有机溶液中，取出烘干后，得到所述石墨烯基油水分离泡沫材料。本发明专利技术将多孔泡沫材料先后浸渍于氧化石墨烯水溶液和含有机卤硅烷的有机溶液中，得到的石墨烯基油水分离泡沫材料能够选择性吸附、富集水面浮油，油品和有机污染物的回收效率高。本发明专利技术利用石墨烯基油水分离泡沫材料制备了结构简单的浮油收集装置、LNAPL原位抽提装置和DNAPL原位抽提装置，有效提高油品和有机污染物的回收效果。

A graphene based oil and water separation foam material and its preparation and Application

The invention discloses a graphene based oil and water separation foam material and a preparation method and application. The preparation method comprises: (1) the porous foam material immersed in aqueous solution of graphene oxide, out after drying; (2) the step (1) to obtain impregnated materials containing halogenated silane in organic solution, removed after drying, the graphene based oil water separation bubble material. The porous foam material is impregnated in the aqueous solution of graphene oxide and organic solution containing organic halogenane silane. The graphene based oil-water separation foam material can selectively adsorb and enrich the oil floating on the surface, and the recovery efficiency of oil and organic pollutants is high. The invention uses graphene based oil-water separation foam material to prepare simple oil spill collecting device, LNAPL in situ extraction device and DNAPL in-situ extraction device, so as to effectively improve the recovery effect of oil and organic pollutants.

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯基油水分离泡沫材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及环境保护和油品回收
，尤其涉及一种石墨烯基油水分离泡沫材料及其制备方法和应用。
技术介绍
随着经济的发展，日常生活以及工业生产对于油类产品的需求日益旺盛，各种不同成分和化学组成的油品被广泛生产、运输和使用。而在上述过程中油类泄漏事件（包括原油泄漏，有机溶剂泄漏等）日益频繁，给自然环境造成巨大破坏甚至引发局部区域的公共突发性事件。目前，关于多孔介质作为吸油材料的报道主要集中在油品吸附领域，例如美国化学会《ACS纳米》（Zhu,Q.;Pan,Q.,Mussel-InspiredDirectImmobilizationofNanoparticlesandApplicationforOil-WaterSeparation.AcsNano2014,8(2),1402-1409）报道了一种油水分离泡沫的制备方法及其应用，该研究利用多巴胺将数百纳米的Fe3O4或者SiO2纳米粒子固定在商业化聚氨酯泡沫的多孔骨架上，实现材料的疏水亲油特性，该材料可以吸附自身重量数十倍的多种油品，然而材料使用过程中需要反复挤压进行油品的回收以及材料的再生，因此操作复杂而且材料性能随着再生次数的增加而衰减。德国《先进功能材料》（Bi,H.;Xie,X.;Yin,K.;Zhou,Y.;Wan,S.;He,L.;Xu,F.;Banhart,F.;Sun,L.;Ruoff,R.S.,SpongyGrapheneasaHighlyEfficientandRecyclableSorbentforOilsandOrganicSolvents.AdvancedFunctionalMaterials2012,22(21),4421-4425.）报道了一种石墨烯泡沫用于浮油回收的方法，该研究首先将高浓度氧化石墨烯进行水热（180℃，24小时）然后取出冻干后得到柱状石墨烯泡沫，可直接吸附5000倍于自身重量的各种浮油，由于纯炭材料不具备弹性，该报道采用加热的方法进行油品的蒸馏回收，这一方法不但耗能高而且操作繁琐不具备太大实际应用价值。专利CN103613799报道了一种吸油聚氨酯泡沫的制备方法，该方法先通过发泡法制备聚氨酯泡沫，然后使用桐油或者有机硅对其表面进行改性得到高吸油倍率、低吸水倍率的泡沫材料，这一方法同样需要采用机械挤压进行油品的回收和材料的再生，操作过程难以放大；是一种高成本低效率的实现油品回收与材料再生的方式。与此同时，在地下水修复领域中，目前修复地下水层中NAPLs的技术不是将污染物与地下水一起抽出，进行异位处理；就是加入药剂或者微生物等通过化学或者生物反应除去地下污染物。这些技术方案不但复杂，操作成本高，耗时较长，而且有些方法的处理效果直至目前为止并不理想。例如：专利CN201634455U报道了一种抽出污染地下水中氯代烃类非水相液体的简易装置，能够通过人工操作手动压水泵将NAPLs抽至地面，以进行后续处理或装入容器，这种方法属于将污染物抽出后异位处理的方法，并未实现污染物的直接分离。专利CN104307857A报道了土壤中非水相液体污染物的电动力控制与修复系统及方法，该方法通过施加非均匀变频电场，辅以表面活性剂的增溶作用，对非水相污染物产生电渗、电泳和介电电泳效应，以达到对土壤和地下水中非水相液体污染物的增溶，控制迁移，最终富集并去除的目的。该方法操作复杂且效率较低，富集后的污染物还需要进行收集处理。专利CN105399193A报道了一种降解地下水中重质非水相液体成分复合氯代烃污染的方法，将过硫酸钠与氢氧化钠的混合液加入含复合氯代烃污染物的水体中进行降解修复，该方法属于化学修复范畴需要使用大量化学药剂，且易产生二次污染。专利200680052554.X报道了用于修复污染土地的方法和装备，该方法先确定地下非水相液体（NAPL）的位置，然后通过供氧燃烧来除去污染物，该方法通过燃烧除去污染物，往往会造成二次污染。然而，本质上，土壤或地下水中的NAPLs也属于泄露油品的范畴，因此，可以引入油品回收的理念和方法，将NAPLs变废为宝，实现污染物的资源化利用。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术的目的在于提供了一种石墨烯基油水分离泡沫材料及其制备方法和应用。具体为采用该方法制备获得的石墨烯基油水分离泡沫材料和该材料通过浮油收集装置、LNAPL原位抽提装置、DNAPL原位抽提装置在油品回收、土壤和地下水的有机污染物回收中的应用。该石墨烯基油水分离泡沫材料具有超亲油超疏水的特性，能够选择性吸附和富集水面的浮油、油品和有机污染物，实现了接近100%（所有测试均大于99%）的高回收效率。所述的一种石墨烯基油水分离泡沫材料，其特征在于石墨烯基油水分离泡沫材料的接触角为120-155度，它由多孔泡沫材料依次浸渍于氧化石墨烯水溶液、含有机卤硅烷的有机溶液后烘干得到，该泡沫材料骨架有紧密排布的空腔结构，空腔开口朝外紧密堆积在一起，其内径为1-2微米，该泡沫材料表面材料包括氧化石墨烯及SiOx材料，具有超亲油超疏水特性，SiOx中的x为1或2。所述的石墨烯基油水分离泡沫材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：1）将多孔泡沫材料浸渍于氧化石墨烯水溶液中，再取出烘干；2）将步骤1）获得的材料浸渍于含有机卤硅烷的有机溶液中，再取出烘干得到所述石墨烯基油水分离泡沫材料。本专利技术将多孔泡沫浸渍于氧化石墨烯（GO）水溶液中，取出烘干后，多孔泡沫的表面会形成一层氧化石墨烯层，该氧化石墨烯层表面的含氧官能团会与有机卤硅烷（作为疏水处理剂）发生化学反应，生成共价键；与此同时，浸渍含有机卤硅烷的有机溶液后，在烘干时，有机卤硅烷会与空气中的水分发生水解交联反应，最终在多孔泡沫表面形成超疏水的有机硅烷交联网络结构。由于有机硅烷的疏水特性以及材料具备的特殊微纳米结构的共同作用，得到的改性多孔泡沫具有超疏水性。所述的石墨烯基油水分离泡沫材料的制备方法，其特征在于步骤1）中的多孔泡沫材料为聚氨酯泡沫、密胺泡沫、聚乙烯醇泡沫或泡沫金属；所述泡沫金属为泡沫镍、泡沫铜、泡沫铝或泡沫铁中的任意一种，优选为泡沫镍。所述的石墨烯基油水分离泡沫材料的制备方法，其特征在于步骤1）中的氧化石墨烯水溶液中氧化石墨烯的浓度为0.01~1mg/mL，本专利技术氧化石墨烯的作用是在多孔泡沫基底上形成一层氧化石墨烯过渡层，由于氧化石墨烯表面的丰富含氧官能团会与有机卤硅烷反应，所以氧化石墨烯浓度太高时，氧化石墨烯层太厚造成材料浪费，本专利技术中仅需0.01-1mg/ml的氧化石墨烯浓度即可在多孔基底材料表面形成一层氧化石墨过渡层，实现材料的结构生长控制过程。所述的石墨烯基油水分离泡沫材料的制备方法，其特征在于步骤1）中的浸渍的时间为0.5~2h，优选为1h；烘干的温度为50~70℃，优选为50~60℃，烘干的时间为3~10h，优选为3~8h。本专利技术具体限定了技术参数，如限定的浸渍时间最选为1h，有利于氧化石墨烯纳米片在多孔泡沫材料上通过分子间作用力或者物理吸附作用充分沉积；烘干温度对于材料的制备至关重要，由于氧化石墨烯表现含有丰富含氧官能团有利于后续化学反应，烘干温度过高，会造成含氧官能团脱除，温度太低，烘干时间太长；如限定的烘干温度为60℃，烘本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯基油水分离泡沫材料，其特征在于石墨烯基油水分离泡沫材料的接触角为120‑155度。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯基油水分离泡沫材料，其特征在于石墨烯基油水分离泡沫材料的接触角为120-155度。2.一种根据权利要求1所述的石墨烯基油水分离泡沫材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：1）将多孔泡沫材料浸渍于氧化石墨烯水溶液中，再取出烘干；2）将步骤1）获得的材料浸渍于含有机卤硅烷的有机溶液中，再取出烘干得到所述石墨烯基油水分离泡沫材料。3.根据权利要求2所述的石墨烯基油水分离泡沫材料的制备方法，其特征在于步骤1）中的多孔泡沫材料为聚氨酯泡沫、密胺泡沫、聚乙烯醇泡沫或泡沫金属；所述泡沫金属为泡沫镍、泡沫铜、泡沫铝或泡沫铁中的任意一种，优选为泡沫镍。4.根据权利要求2所述的石墨烯基油水分离泡沫材料的制备方法，其特征在于步骤1）中的氧化石墨烯水溶液中氧化石墨烯的浓度为0.01~1mg/mL。5.根据权利要求2所述的石墨烯基油水分离泡沫材料的制备方法，其特征在于步骤1）中的浸渍的时间为0.5~2h，优选为1h；烘干的温度为50~70℃，优选为50~60℃，烘干的时间为3~10h，优选为3~8h。6.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：何锋，万武波，张艳，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33