一种油水分离用超亲油超疏水海绵及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种油水分离用超亲油超疏水海绵及其制备方法和应用，属于油水分离材料技术领域。采用浸涂法将纳米二氧化硅和MQ硅树脂的有机分散液涂在海绵表面，在干燥的过程中，随着溶剂的挥发，MQ硅树脂和纳米二氧化硅产生相分离，沉积在海绵表面上，在海绵的表面形成了微米‑纳米二级复合结构，为海绵的超亲油和超疏水特性提供了良好的结构基础。此外，海绵表面沉积的MQ硅树脂和经硅烷偶联剂处理的纳米二氧化硅，使海绵表面具有大量的硅元素，因硅元素具有很低表面能，且与非极性的油类具有良好的亲和性，赋予海绵良好的疏水和亲油性能。该方法制备的海绵具有优异的油水分离性能，且工艺简单、原料易得且价格低廉，能够批量生产。

【技术实现步骤摘要】
一种油水分离用超亲油超疏水海绵及其制备方法和应用
本专利技术属于油水分离材料
，具体涉及一种油水分离用超亲油超疏水海绵及其制备方法和应用。
技术介绍
随着石油开采量的增加和工业的发展，海上石油泄漏以及工业含油污水排放引起的水体污染对生态环境造成了严重破坏。快速、高效地收集水面漂浮的石油以及实现油-水分离的技术引起了世界各国的高度关注。传统的油水分离方法，如絮凝、膜分离及重力分离等，都存在效率低和费时长的缺点。采用吸附材料对油类进行吸附处理是一种有效的油水分离方法。但常用的吸附材料如粘土、木材、活性炭等都存在油回收效率低、无法循环使用和对油的吸收选择性差(即吸油的同时也会吸水)的缺点，而具有超疏水和超亲油性的多孔材料，比如碳纳米管和多巴胺聚合包裹的聚氨酯海绵，由于其分离效率高和寿命长等优点备受人们的关注。此外，Wang等制备出涂覆碳纳米管和聚二甲基硅氧烷的聚氨酯海绵(JournalofMaterialsChemistryA,2014,3，266-273)。Nguyen等利用L-苯丙氨酸还原法制得了超疏水石墨烯气凝胶(EnergyandEnvironmentalScience,2012,5，7908-7912)。Gao等制成沉积石墨二炔和聚二甲基硅氧烷的铜泡沫(AdvancedMaterials,2016,28，168-173)。这些新材料均具有良好的油水分离性能，但同时也存在制备工艺复杂，原料昂贵，耐用性差等缺点。再如中国专利技术专利CN108926874A采用多孔、高表面、可降解的壳聚糖海绵为基底，通过两次疏水改性，制备了超亲油/超疏水海绵，具有较好的吸油性能，但是其所需原料价格高昂，制备过程复杂，大大限制了其实际应用。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的原料价格高昂、制备过程复杂的问题，本专利技术公开了一种油水分离用超亲油超疏水海绵及其制备方法和应用，操作简单，易于制备，制备过程绿色安全，耗时短，原材料来源广泛、价格低廉。本专利技术是通过以下技术方案来实现：本专利技术公开的一种油水分离用超亲油超疏水海绵的制备方法，包括以下步骤：包括以下步骤：步骤1：向有机溶剂中加入纳米二氧化硅和硅烷偶联剂，在30～60℃下搅拌2～4小时，得到二氧化硅的有机溶剂分散液；其中，有机溶剂与二氧化硅的质量比为100：(1～5)，二氧化硅与硅烷偶联剂的质量比为100：(1～2)；步骤2：二氧化硅的有机溶剂分散液中加入MQ硅树脂，在40～60℃下搅拌1～2小时，得到含二氧化硅和MQ硅树脂的疏水分散液；二氧化硅的有机溶剂分散液中的有机溶剂与MQ硅树脂的质量比为100：(2～10)；步骤3：将海绵在步骤2得到的含二氧化硅和MQ硅树脂的疏水分散液中浸涂10～30分钟，沥干后干燥，得到油水分离用超亲油超疏水海绵。优选地，有机溶剂为二甲苯、甲苯或苯。优选地，硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷或γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。优选地，MQ硅树脂为甲基MQ硅树脂、甲基苯基MQ硅树脂、乙烯基MQ硅树脂或苯基MQ硅树脂。优选地，海绵为聚氨酯海绵或三聚氰胺海绵。优选地，干燥，是先自然干燥1小时，再放入鼓风干燥箱内在40～80℃下干燥8～16小时。优选地，海绵在浸涂前，先采用乙醇进行清洗。本专利技术公开了采用上述制备方法制得的油水分离用超亲油超疏水海绵。优选地，该油水分离用超亲油超疏水海绵对水性物质的接触角为151.7°～155.6°，对油性物质的接触角为0°～4.3°。本专利技术公开了上述油水分离用超亲油超疏水海绵在含油污水处理和石油泄漏清理中的应用。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术公开的油水分离用超亲油超疏水海绵的制备方法，采用浸涂法将纳米二氧化硅和MQ硅树脂的有机分散液涂在海绵表面，在干燥的过程中，随着溶剂的挥发，MQ硅树脂和纳米二氧化硅产生相分离，沉积在海绵表面上，形成微米级的突起。该突起的表面有含有大量的纳米二氧化硅，因此在海绵的表面形成了微米-纳米二级复合结构，为海绵的超亲油和超疏水特性提供了良好的结构基础。此外，海绵表面沉积的MQ硅树脂和经硅烷偶联剂处理的纳米二氧化硅，使海绵表面具有大量的硅元素，因硅元素具有很低表面能，且与非极性的油类具有良好的亲和性，故可赋予海绵良好的疏水和亲油性能。因此，将纳米二氧化硅和MQ硅树脂的有机分散液涂在海绵表面，能形成微米-纳米二级结构并降低表面能，从而赋予海绵良好的超亲油超疏水性能。超亲油超疏水海绵的多孔结构和超亲油特性使其具有优良的吸油性能，同时，其超疏水性能又可阻止海绵吸收水分，因此，该方法制备的海绵具有优异的油水分离性能，且工艺简单、原料易得且价格低廉，能够批量生产。进一步地，有机溶剂采用二甲苯、甲苯或苯，来源广泛、价格低廉，可降低生产成本。进一步地，硅烷偶联剂采用γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷或γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，价格低廉，可降低生产成本。进一步地，MQ硅树脂采用甲基MQ硅树脂、甲基苯基MQ硅树脂、乙烯基MQ硅树脂或苯基MQ硅树脂，具有很低的表面能，浸涂在海绵表面上后，可显著降低其表面能，赋予其良好的亲油性和疏水性。进一步地，海绵采用聚氨酯海绵或三聚氰胺海绵，具有一定的亲油和疏水性能，经过疏水乳液浸涂后，可进一步提高其超亲油和超疏水性能。进一步地，干燥是先自然干燥，再放入鼓风干燥箱内干燥，干燥是先自然干燥，再放入鼓风干燥箱内干燥。先自然干燥是为了除去疏水分散液的有机溶剂，防止在后续的干燥过程因溶剂挥发引起火灾或爆炸。放入鼓风干燥箱内干燥是为了控制MQ硅树脂和纳米二氧化硅的相分离速度，从而使其在海绵表面形成微米级的突起，能提高其超亲油和超疏水性能。进一步地，海绵在浸涂前，先采用乙醇进行清洗，可清除海绵表面的污垢和油脂，使纳米二氧化硅和MQ硅树脂能够与海绵结合，从而保证了超亲油和超疏水性能。本专利技术公开的采用上述方法制得的油水分离用超亲油超疏水海绵，对水性物质的接触角为151.7°～155.6°，对油性物质的接触角为0°～4.3°，显示出优良的亲油性能和疏水性能。本专利技术公开的油水分离用超亲油超疏水海绵在含油污水处理和石油泄漏清理中的应用，不仅能高效分离油水混合物，还能够快速吸收水面浮油和水下沉油，应用广泛。附图说明图1为本专利技术实施例1制得的油水分离用超亲油超疏水海绵的低放大倍率的扫描电镜图；图2为本专利技术实施例1制得的油水分离用超亲油超疏水海绵高放大倍率的扫描电镜图；图3为本专利技术实施例1制得的油水分离用超亲油超疏水海绵对纯水的接触角示意图。具体实施方式下面结合具体的实施例对本专利技术做进一步的详细说明，所述是对本专利技术的解释而不是限定。实施例1步骤1，向100克二甲苯中加入1克纳米二氧化硅，再加入0.01克硅烷偶联剂KH-550，在60℃下搅拌2小时，得到二氧化硅的二甲苯分散液；步骤2，向二氧化硅的二甲苯分散液中加入2克甲基MQ硅树脂，于60℃下搅拌1小时得到含二氧化硅和甲基MQ硅树脂的疏水分散液；步骤3，将经过清洗预处理的聚氨酯海绵在含二氧化硅和甲基MQ硅树脂的疏水分散液中浸涂10分钟，沥干后自然干燥1小时，随后在鼓风干燥箱内于40℃下烘16小时，制得油水分离用超亲油超疏水海绵。实施例2步骤1，向100克甲苯中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种油水分离用超亲油超疏水海绵的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：向有机溶剂中加入纳米二氧化硅和硅烷偶联剂，在30～60℃下搅拌2～4小时，得到二氧化硅的有机溶剂分散液；其中，有机溶剂与二氧化硅的质量比为100：(1～5)，二氧化硅与硅烷偶联剂的质量比为100：(1～2)；步骤2：二氧化硅的有机溶剂分散液中加入MQ硅树脂，在40～60℃下搅拌1～2小时，得到含二氧化硅和MQ硅树脂的疏水分散液；二氧化硅的有机溶剂分散液中的有机溶剂与MQ硅树脂的质量比为100：(2～10)；步骤3：将海绵在步骤2得到的含二氧化硅和MQ硅树脂的疏水分散液中浸涂10～30分钟，沥干后干燥，得到油水分离用超亲油超疏水海绵。

【技术特征摘要】
1.一种油水分离用超亲油超疏水海绵的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：向有机溶剂中加入纳米二氧化硅和硅烷偶联剂，在30～60℃下搅拌2～4小时，得到二氧化硅的有机溶剂分散液；其中，有机溶剂与二氧化硅的质量比为100：(1～5)，二氧化硅与硅烷偶联剂的质量比为100：(1～2)；步骤2：二氧化硅的有机溶剂分散液中加入MQ硅树脂，在40～60℃下搅拌1～2小时，得到含二氧化硅和MQ硅树脂的疏水分散液；二氧化硅的有机溶剂分散液中的有机溶剂与MQ硅树脂的质量比为100：(2～10)；步骤3：将海绵在步骤2得到的含二氧化硅和MQ硅树脂的疏水分散液中浸涂10～30分钟，沥干后干燥，得到油水分离用超亲油超疏水海绵。2.如权利要求1所述的油水分离用超亲油超疏水海绵的制备方法，其特征在于，有机溶剂为二甲苯、甲苯或苯。3.如权利要求1所述的油水分离用超亲油超疏水海绵的制备方法，其特征在于，硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷...

【专利技术属性】
技术研发人员：王煦漫，张彩宁，李白雪，
申请(专利权)人：西安工程大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61