表面负载纳米粒子的三聚氰胺海绵及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种表面负载纳米粒子的三聚氰胺海绵及其制备方法和应用，制备方法包括：将三聚氰胺海绵在第一溶剂内清洗，之后浸没在水内清洗，烘干得到干燥的三聚氰胺海绵；将纳米粒子分散在第二溶剂内形成分散液，接着将干燥的三聚氰胺海绵浸入分散液内取出，烘干得到改性的三聚氰胺海绵；将疏水改性试剂加入第二溶剂内搅拌，得到混合液；将改性的三聚氰胺海绵浸没在混合液内反应，干燥即可；本发明专利技术的三聚氰胺海绵表面具有大量的活性基团，而纳米粒子的引入不仅可以有效地增加该海绵的表面粗糙度，且纳米粒子的表面也存在羟基基团，可以与疏水试剂反应生成聚硅氧烷，覆盖在海绵的表面，从而使得制备的三聚氰胺海绵具有超疏水和超亲油性能。

【技术实现步骤摘要】
表面负载纳米粒子的三聚氰胺海绵及其制备方法和应用
本专利技术属于高分子材料和功能材料
，具体涉及一种表面负载纳米粒子的三聚氰胺海绵及其制备方法和应用。
技术介绍
近年来，随着全球经济的不断发展，人们对石油产业越来越依赖，衣食住行各方面都需要石油作为原材料，但世界各地的原油泄露事故也随之不断发生，石油的泄露不仅给人们来带了巨大的经济损失，而且也严重危害生态环境，这给人们敲响了警钟。此外，工厂废油水，家庭、宾馆、饭店等厨房的废油水也无法直接排放，需要经过油水分离，回收油料。因此，进行油水分离以及能够高效吸附油性液体的材料已经成为当今社会的一个热点问题。海绵材料作为一种吸附能力强、吸收速度快、质量轻、价格低廉的材料也逐渐受到人们的关注，而一种可以重复利用的功能性海绵材料也符合了人们对海绵的发展要求。此外，直接地将油水混合液中的油吸走，还可以避免二次污染。三聚氰胺甲醛树脂(melamine-formaldehyderesin)是由三聚氰胺与甲醛反应所得到的一种聚合物，又称密胺树脂(MF)，日常生活中所说的纳米海绵就是用这种树脂制备而成。其表面有大量的活性基团如羟基、氨基等，因此极易接枝其他功能性基团。同时密胺树脂海绵是一种极轻的材料，其开孔率极高，这也使得改性后的海绵作为一种功能性材料可以有着广泛的应用领域。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中的不足，提供一种可多次重复利用的、负载纳米粒子的超疏水超亲油三聚氰胺海绵及其制备方法和应用。在吸附过程中，油水分离的选择性吸附非常重要。这样既可以拥有高吸附率，又可以将吸附的油进行回收利用。这就要求从材料的表面进行设计，使得材料同时具有疏水和亲油的性能。疏水性保证了材料不吸水，亲油性可使材料吸附附着在水上的油污，从而实现油水分离。为达到上述目的，本专利技术的解决方案是：本专利技术的表面负载纳米粒子的三聚氰胺海绵的制备方法是采用浸渍法，即将三聚氰胺海绵进行清洗后，与纳米粒子超声混合及功能化处理，从而得到超疏水超亲油的海绵。具体地：一种表面负载纳米粒子的三聚氰胺海绵的制备方法，其包括如下步骤：(1)将三聚氰胺海绵在第一溶剂内清洗1-2h，之后浸没在水内清洗1-2h后取出，烘干得到干燥的三聚氰胺海绵；(2)将纳米粒子分散在第二溶剂内形成分散液，接着将步骤(1)干燥的三聚氰胺海绵浸入分散液内5-20min后取出，烘干得到改性的三聚氰胺海绵；(3)将疏水改性试剂加入第二溶剂内搅拌3-20min，得到混合液；(4)将干燥的三聚氰胺海绵或者改性的三聚氰胺海绵浸没在混合液内反应1-4h，干燥3-8h，得到表面负载纳米粒子的三聚氰胺海绵。进一步地，步骤(1)中，第一溶剂选自无水乙醇或丙酮中的一种以上；烘干的温度为50-100℃。进一步地，步骤(2)中，第二溶剂选自正己烷或环己烷中的一种以上。进一步地，步骤(2)中，纳米粒子选自纳米二氧化硅粒子、纳米四氧化三铁粒子、磁性氧化铁纳米粒子、纳米银粒子或纳米二氧化钛粒子中的一种以上。进一步地，步骤(2)中，纳米粒子的粒径为5-150nm，纳米粒子与干燥的三聚氰胺海绵的质量比为(0.5-7):100，烘干的温度为50-80℃。进一步地，步骤(3)中，疏水改性试剂选自三甲基氯硅烷、二甲基二氯硅烷或甲基三氯硅烷中的一种以上。进一步地，步骤(3)中，疏水改性试剂与第二溶剂的体积比为(0.3-0.8):100。进一步地，步骤(4)中，浸没在混合液中所处环境的温度为10-35℃，湿度为10-50％；干燥的温度为50-80℃。一种表面负载纳米粒子的三聚氰胺海绵，其由上述的制备方法制备得到。一种由上述的表面负载纳米粒子的三聚氰胺海绵在油水分离、有机溶剂与水混合液分离中应用。由于采用上述方案，本专利技术的有益效果是：第一、本专利技术的三聚氰胺海绵表面具有大量的活性基团，如羟基、氨基等，而纳米粒子的引入不仅可以有效地增加该海绵的表面粗糙度，且纳米粒子的表面也存在丰富的羟基基团，可以与疏水试剂反应生成聚硅氧烷，覆盖在海绵的表面，从而提高海绵的疏水效果，因此，在将三聚氰胺海绵进行功能化处理后，该海绵的表面能降低，进一步使得该海绵由亲水疏油性变为亲油疏水性。第二、本专利技术的表面负载纳米粒子的三聚氰胺海绵具有疏水和亲油的双重特性，并且可多次重复利用的次数高达80次以上，无二次污染，是一种高效的油-水分离的功能性材料，其在有机溶剂与水混合液的分离等方面具有广泛的应用及良好的推广价值。第三、本专利技术的三聚氰胺海绵来源广泛，价格低廉，密度很小，质量较轻，从而便于携带和运输，因此应用十分广泛；另外，其制备方法经济高效，简单易行。附图说明图1为本专利技术中实施例5的接枝改性的三聚氰胺海绵与水接触后的效果示意图。具体实施方式本专利技术提供了一种表面负载纳米粒子的三聚氰胺海绵及其制备方法和应用。本专利技术以三聚氰胺海绵为原材料，复合纳米粒子，通过一步法将空白海绵改性为超疏水超亲油的多孔海绵，该海绵材料具有较大的表面积，纳米粒子的引入不仅可以有效增加海绵的表面粗糙度，并且纳米粒子的表面也存在丰富的羟基基团，可以与疏水试剂发生反应，从而提高海绵的疏水效果。所得的海绵可以加工成不同的形状，吸收自身重量数十倍的油或有机溶剂，并且通过挤压，可以将吸附的油从海绵中释放出来，能够实现海绵的多次重复使用。本专利技术的目的是在海绵表面的羟基活性基团上接枝疏水基团，或者通过海绵表面负载纳米粒子再接枝疏水基团，使得到的改性海绵具有良好的疏水和亲油效果。具体地，本专利技术以三聚氰胺海绵为基体，正己烷为溶剂，在疏水化试剂的作用下，采用浸渍法得到聚硅氧烷接枝的改性海绵。<表面负载纳米粒子的三聚氰胺海绵的制备方法>一种表面负载纳米粒子的三聚氰胺海绵的制备方法，其包括如下步骤：(1)海绵的预处理：将三聚氰胺海绵浸没在第一溶剂内进行超声清洗1-2h，之后再浸没在去离子水内进行超声清洗1-2h，将清洗后的三聚氰胺海绵放入鼓风烘箱内进行烘干，得到干燥的三聚氰胺海绵；(2)表面负载海绵(即改性海绵)的制备：将纳米粒子通过超声分散在第二溶剂内形成均匀的分散液，随后将步骤(1)干燥的三聚氰胺海绵浸入分散液内5-20min后取出，挤干，并在鼓风烘箱内干燥，得到改性的三聚氰胺海绵；(3)浸渍液的制备：将疏水改性试剂加入第二溶剂内搅拌3-20min，得到混合液；(4)浸渍改性及固化处理：将干燥的三聚氰胺海绵或者改性的三聚氰胺海绵浸没在混合液内，超声震荡反应1-4h，然后将浸渍处理后的海绵拧干，在烘箱内干燥固化处理3-8h，得到表面负载纳米粒子的三聚氰胺海绵。具体地，干燥的三聚氰胺海绵与疏水改性试剂(以甲基三氯硅烷为例)的反应机理为：进一步地，改性的三聚氰胺海绵与疏水改性试剂的反应机理为：改性后的三聚氰胺海绵由于负载了大量的纳米粒子，因此表面的羟基大大增加，疏水性试剂(以甲基三氯硅烷为例)遇水后反应生成三羟基化合物，与改性海绵的羟基发生缩合反应，在该海绵的表面生成聚硅氧烷，覆盖在海绵的表面，使得该海绵具有超疏水性能。其中，在步骤(1)中，第一溶剂选自无水乙醇或丙酮中的一种以上，从而进行海绵的清洗工作；在第一溶剂内超声清洗的时间优选为1.5h，在去离子水内清洗的时间优选为1h；烘干的温度可以为50-100℃，优选为90℃。在步骤(2)中，第二溶剂选自正己烷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种表面负载纳米粒子的三聚氰胺海绵的制备方法，其特征在于：其包括如下步骤：(1)将三聚氰胺海绵在第一溶剂内清洗1‑2h，之后浸没在水内清洗1‑2h后取出，烘干得到干燥的三聚氰胺海绵；(2)将纳米粒子分散在第二溶剂内形成分散液，接着将步骤(1)所述干燥的三聚氰胺海绵浸入所述分散液内5‑20min后取出，烘干得到改性的三聚氰胺海绵；(3)将疏水改性试剂加入第二溶剂内搅拌3‑20min，得到混合液；(4)将所述干燥的三聚氰胺海绵或者所述改性的三聚氰胺海绵浸没在所述混合液内反应1‑4h，干燥3‑8h，得到所述表面负载纳米粒子的三聚氰胺海绵。

【技术特征摘要】
1.一种表面负载纳米粒子的三聚氰胺海绵的制备方法，其特征在于：其包括如下步骤：(1)将三聚氰胺海绵在第一溶剂内清洗1-2h，之后浸没在水内清洗1-2h后取出，烘干得到干燥的三聚氰胺海绵；(2)将纳米粒子分散在第二溶剂内形成分散液，接着将步骤(1)所述干燥的三聚氰胺海绵浸入所述分散液内5-20min后取出，烘干得到改性的三聚氰胺海绵；(3)将疏水改性试剂加入第二溶剂内搅拌3-20min，得到混合液；(4)将所述干燥的三聚氰胺海绵或者所述改性的三聚氰胺海绵浸没在所述混合液内反应1-4h，干燥3-8h，得到所述表面负载纳米粒子的三聚氰胺海绵。2.根据权利要求1所述的表面负载纳米粒子的三聚氰胺海绵的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述第一溶剂选自无水乙醇或丙酮中的一种以上；所述烘干的温度为50-100℃。3.根据权利要求1所述的表面负载纳米粒子的三聚氰胺海绵的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述第二溶剂选自正己烷或环己烷中的一种以上。4.根据权利要求1所述的表面负载纳米粒子的三聚氰胺海绵的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述纳米粒子选自纳米二氧化硅粒子、纳米四氧化三铁粒子、磁性氧化铁...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁伟忠，周子璇，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海,31