一种石墨烯基密胺泡沫、其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及油水分离技术领域，公开了一种石墨烯基密胺泡沫、其制备方法和应用，将石墨和剥离剂分散于溶剂中，经超声、离心得到石墨烯分散液；再将密胺泡沫浸渍于石墨烯分散液中，反复挤压多次，静置干燥得到石墨烯基密胺泡沫。其制备过程环保简单、易操作，原料主要为石墨和密胺泡沫，成本低，适合工业化生产，该泡沫具有优异的疏水性能，能选择性的吸收油品，可应用于含油废水的处理，除油效果明显。

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯基密胺泡沫、其制备方法和应用
本专利技术涉及油水分离
，具体涉及一种石墨烯基密胺泡沫、其制备方法和应用。
技术介绍
密胺泡沫是一种由三聚氰胺甲醛树脂经固化发泡工艺制备得到的本征阻燃泡沫。它具有开孔率高，保温性好，吸音，质轻，价廉等特点，在民用、建筑、工业、航空等领域具有重要的应用价值。然而，在国内，密胺泡沫主要用于清洁领域，产品附加值低，高性能高附加值的密胺泡沫产品有待进一步开发。近年来，基于密胺泡沫的油水分离材料受到学者们的广泛关注。例如，专利CN105601985A报道了一种木质素密胺基表面疏水泡沫及其制备方法，将密胺泡沫浸泡于异氰酸酯改性过的木质素四氢呋喃溶液中，然后干燥得到疏水泡沫。虽然木质素价格低廉，但该方法需要用到异氰酸酯类试剂以及四氢呋喃有机溶剂，对环境不友好。另外该专利并未提及泡沫的吸油性能和油水分离能力。除了木质素可以作为疏水物质负载于密胺泡沫上，石墨烯或还原氧化石墨烯也是一种非常好的疏水负载材料。例如，德国《Small》报道了一种还原氧化石墨烯负载的密胺泡沫(ZhuH,ChenD,AnW,LiN,XuQ,LiH,etal.ARobustandCost-EffectiveSuperhydrophobicGrapheneFoamforEfficientOilandOrganicSolventRecovery.Small.2015；11(39):5222-9.)，作者采用浸渍法得到了一种超疏水/超亲油的密胺泡沫并用于油水分离。但是，该方法首先要用到氧化石墨烯，氧化石墨烯有石墨氧化剥离得到，制备过程产生大量废酸，极不环保；另外，为了获得疏水性，氧化石墨烯需要热还原除去亲水的含氧基团，耗时耗能。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种过程环保、成本低廉的石墨烯基密胺泡沫的制备方法，制备过程简单易操作，获得的密胺泡沫疏水性能好，具有优异的油水分离性能。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种石墨烯基密胺泡沫的制备方法，包括如下步骤：(1)将石墨和剥离剂分散于溶剂中，超声、离心，取上清液得到石墨烯分散液；(2)将密胺泡沫浸渍于所述石墨烯分散液中，反复挤压多次，静置后取出干燥，得到所述石墨烯基密胺泡沫。本专利技术选用原料成本较低的石墨，通过与剥离剂的超声制备石墨烯片层，再采用浸渍法将密胺泡沫浸渍于石墨烯分散液中，密胺泡沫对溶液有高效的吸收能力，均匀分散的石墨烯分散液很容易被吸收到密胺泡沫内部，较强的π-π相互作用可以使石墨烯片层牢牢吸附在密胺泡沫的孔壁上。石墨烯片层的疏水性，加上密胺泡沫的高粗糙度，构成了所述石墨烯基密胺泡沫优异的疏水性能。所述石墨包括石墨粉、鳞片石墨、膨胀石墨中任一种或多种。优选地，所述石墨为石墨粉或膨胀石墨，这两种类型的石墨更易剥离形成石墨烯。所述石墨的粒径为50～2000目，优选200～500目。该范围粒径下，剥离得到的石墨烯片层大小适宜，利于均匀负载在密胺孔壁上。所述剥离剂包括十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、1-芘甲酸，1-芘丁酸、1-芘胺或芘中的一种或几种，优选1-芘甲酸、1-芘丁酸或十二烷基苯磺酸钠中任一种或多种。这些剥离剂或其组合能促进石墨剥离，并稳定石墨烯片层，使之均匀分散在溶剂中。所述溶剂包括水、乙醇、甲醇、DMF、THF或NMP中一种或多种，优选DMF、THF或NMP中任一种或多种。这些溶剂或其组合表面能与石墨烯相近，可以促进石墨剥离，并且稳定石墨烯片层，减少石墨烯片层团聚步骤(1)的石墨烯分散液中，所述石墨的质量份数为0.5-5mg/g，所述剥离剂的质量分数为0.1～1mg/g；所述超声的时间为2～24h。优选地，步骤(1)的石墨烯分散液中所述石墨的质量份数为1～3mg/g；所述剥离剂的质量分数0.2～0.5mg/g。在该质量分数下，石墨的剥离效率较高。优选地，步骤(1)中，所述超声的时间为4～8h。该超声时间下，石墨烯片层尺寸适宜，剥离效果适宜。超声时间短，剥离效果不理想；超声时间过长，石墨烯片层尺寸过小，不利于均匀负载在密胺泡沫上。步骤(1)中，所述离心转速为100～5000rpm，优选为500～2000rpm；离心时间为5～60min，优选为10～30min。该转速和离心时间下，石墨烯分散液浓度适宜，石墨烯片层能均匀并且完整覆盖密胺泡沫孔壁表面，实现疏水化。步骤(2)中，泡沫的挤压是为使石墨烯片层能够浸入泡沫内部，有效的搭载在泡沫的孔壁上，挤压的次数为1～20次，静置是为了给予石墨烯充分的时间进入密胺泡沫内部，与外部的水溶液达到浓度平衡，静置时间为1～24h；该时间段下石墨烯片层能完全进入密胺内部，并与外部溶液形成浓度平衡。优选地，挤压的次数为5～10次，静置时间为6～12h；该挤压次数和静置时间下，溶剂中的石墨烯片层足以进入密胺孔洞中，并负载在孔壁之上。步骤(2)中，烘干温度为40～100℃，烘干时间为6～48h；优选地，烘干温度为50～80℃，烘干时间为6～24h。该温度和时间下，足以使溶剂充分挥发。温度过高和时间过长会破坏密胺泡沫结构。优选地，专利技术人经多次试验，发现在步骤(1)的石墨烯分散液中所述石墨的质量份数为1～3mg/g，所述剥离剂的质量分数0.2～0.5mg/g时，步骤(2)中面泡沫挤压次数为5～10次，静置时间为6～12h，既可以达到良好的负载效果，最终得到的改性密胺泡沫的导热率能够有效降低的同时，疏水性能好，并且所需的时间成本小。本专利技术还提供一种所述的制备方法制备得到的石墨烯基密胺泡沫，所述石墨烯基密胺泡沫的孔径为50～150μm，孔径形状为三棱形，孔隙率为99～99.9％，孔壁厚度为3～8μm；所述石墨烯基密胺泡沫的孔壁表面负载石墨烯，石墨烯负载量为0.05～0.5wr％。基于密胺泡沫超高的孔隙率和石墨烯的超疏水性，所述石墨烯基密胺泡沫对油品具有较高的吸附量，本专利技术还提供所述的石墨烯基密胺泡沫在含油废水处理中的应用。该石墨烯基密胺泡沫可有效的实现油水分离，将含油废水中的油品吸附处理。本专利技术还提供一种连续化油水分离装置，包括油水混合储罐、流体泵、分离器、油罐和水罐；所述流体泵连接油水混合储罐和分离器进料口，所述分离器上端设有与水罐连接的水分出料口，分离器下端设有与油罐连接的油分出料口；所述水分出料口和油分出料口在分离器内部以所述的石墨烯基密胺泡沫分隔。该装置的工作过程为：油水混合储罐内的油水混合物通过流体泵进入分离器中，其中的油分被石墨烯基密胺泡沫吸附，从油分出料口流出进入油罐，其中的水分被石墨烯基密胺泡沫阻隔，从上端的水分出料口流出进入水罐，从而实现连续化的油水分离。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术石墨烯基密胺泡沫制备方法过程环保，易操作，原料主要为石墨和密胺泡沫，成本低，适合工业化推广生产；(2)本专利技术的石墨烯基密胺泡沫具有优异的疏水性能，能选择性的吸收油品，可应用于含油废水的处理，除油效果明显；(3)本专利技术提供的连续化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯基密胺泡沫的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)将石墨和剥离剂分散于溶剂中，超声、离心，取上清液得到石墨烯分散液；/n(2)将密胺泡沫浸渍于所述石墨烯分散液中，反复挤压多次，静置后取出干燥，得到所述石墨烯基密胺泡沫。/n

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯基密胺泡沫的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将石墨和剥离剂分散于溶剂中，超声、离心，取上清液得到石墨烯分散液；
(2)将密胺泡沫浸渍于所述石墨烯分散液中，反复挤压多次，静置后取出干燥，得到所述石墨烯基密胺泡沫。


2.根据权利要求1所述的石墨烯基密胺泡沫的制备方法，其特征在于，所述石墨包括石墨粉、鳞片石墨、膨胀石墨中任一种或多种。


3.根据权利要求1所述的石墨烯基密胺泡沫的制备方法，其特征在于，所述石墨的粒径为50～2000目。


4.根据权利要求1所述的石墨烯基密胺泡沫的制备方法，其特征在于，所述剥离剂包括十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、1-芘甲酸，1-芘丁酸、1-芘胺或芘中的一种或几种。


5.根据权利要求1所述的石墨烯基密胺泡沫的制备方法，其特征在于，所述溶剂包括水、乙醇、甲醇、DMF、THF或NMP中一种或多种。


6.根据权利要求1所述的石墨烯基密胺泡沫的制备方法，其特征在于，步骤(1)的石墨烯分散液中，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张才亮，章林炯，冯连芳，顾雪萍，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33