一种碳纳米管/纤维改性的自加热多孔疏水/亲油陶瓷及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种碳纳米管/纤维改性的自加热多孔疏水/亲油陶瓷及其制备方法，所述自加热多孔疏水/亲油陶瓷由多孔陶瓷改性得到，在多孔陶瓷内外表面均包覆一层疏水/亲油的碳纳米管/纤维层。本发明专利技术提供的碳纳米管/纤维改性的自加热多孔疏水/亲油陶瓷具有陶瓷材料优异的机械强度和化学稳定性，孔隙率高，透气度高，导热性能好，而且具有良好的疏水亲油性，可在外加电场的作用下进行自加热，所产生的热量能快速扩散到周围的高粘度原油，增大其流动性，从而实现高粘度原油的高效分离。从而实现高粘度原油的高效分离。从而实现高粘度原油的高效分离。

【技术实现步骤摘要】
一种碳纳米管/纤维改性的自加热多孔疏水/亲油陶瓷及其制备方法


[0001]本专利技术属于使与可优先湿润的固体相接触分离
，具体涉及一种碳纳米管/纤维改性的自加热多孔疏水/亲油陶瓷及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着海洋石油开采和工业的飞速发展，海上石油泄漏事故频发，泄油事故使得大面积海域被原油覆盖污染，不仅对生态环境造成不可逆的损伤，而且是对不可再生能源的极大浪费。如何简单高效地收集和处理原油泄漏污染已经成为世界级的挑战，引起了研究人员的广泛关注。传统治理油污染的方法主要有围栏法、燃烧法、化学分散法以及生物降解法等，但这些方法成本高，效率低，有时甚至会引起二次污染。相对而言，借助于疏水/亲油材料，采用物理分离的方法实现原油的回收，对环境影响较小，是当前处理油泄漏的主要考虑方法。然而，世界上40％的原油在常温下的粘度高达103～105mPa
·
s，高粘度原油的回收往往需要对原油进行加热预处理以降低其粘度，增大其流动性。当前诸多疏水/亲油材料例如薄膜、气凝胶、改性泡沫和海绵等，对低粘度油(<500mPa
·
s)有着优异的回收能力，但这些材料对高粘度原油的分离能力差，且均不同程度地存在着机械强度低、化学稳定性差、不耐高温等缺点，故难以通过自加热的方式来降低原油的粘度。

技术实现思路

[0003]本专利技术旨在克服现有技术中存在的不足，提供一种成本低、合成工艺简单和适于产业化生产的碳纳米管/纤维改性的自加热多孔疏水/亲油陶瓷及其制备方法；该碳纳米管/纤维改性的自加热多孔疏水/亲油陶瓷的孔隙率高、强度大、透气度高以及导热性能好，且可在外加电压的作用下进行自加热，用于原油油水分离效率高。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0005]提供一种碳纳米管/纤维改性的自加热多孔疏水/亲油陶瓷，所述自加热多孔疏水/亲油陶瓷由多孔陶瓷改性得到，在多孔陶瓷内外表面均包覆一层疏水/亲油的碳纳米管/纤维层；
[0006]其制备方法如下：将羧甲基纤维素钠、过渡金属前驱体和去离子水混合配制催化剂前驱体溶液；将多孔陶瓷浸没在所得催化剂前驱体溶液中，充分真空浸渍，然后干燥，随后将浸渍干燥处理后的多孔陶瓷用废塑料粉体覆盖，经煅烧处理制得碳纳米管/纤维改性的自加热多孔疏水/亲油陶瓷。
[0007]按上述方案，所述自加热多孔疏水/亲油陶瓷耐压强度为1.2～16.5MPa；表面与水接触角为139～147
°
，与真空泵油接触角为1～6
°
。
[0008]按上述方案，所述过渡金属前驱体为硝酸铁，硝酸钴，硝酸镍，氯化铁，氯化钴，氯化镍中的一种或多种，均为工业纯或分析纯，粒径≤100μm。本专利技术以过渡金属前驱体作为催化剂前驱体，可在较低的温度下合成碳纳米管/纤维，不需要高温处理，减少了能源的消
耗。
[0009]按上述方案，所述羧甲基纤维素钠、过渡金属前驱体与去离子水的质量比为1：100：300～3000。
[0010]按上述方案，所述多孔陶瓷为多孔海泡石陶瓷，多孔硅藻土陶瓷，多孔莫来石陶瓷，多孔镁铝尖晶石陶瓷，多孔钛酸钙陶瓷，多孔氧化铝陶瓷，多孔氧化锆陶瓷，多孔碳化钛陶瓷，多孔碳化硅陶瓷和多孔氮化硅陶瓷中的一种，气孔率为50～90％，耐压强度0.5～25.0MPa，密度为0.5～1.5g/cm3。
[0011]按上述方案，所述多孔陶瓷与所述催化剂前驱体溶液质量比为1：10～12。
[0012]按上述方案，所述真空浸渍工艺条件为：在真空度1～100Pa下浸渍0.5～2小时。
[0013]按上述方案，所述干燥条件为：在60～80℃条件下加热10～14小时。
[0014]按上述方案，所述废塑料粉体为聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙烯中的一种或多种，粒径≤10μm。本专利技术以废塑料粉体作为碳源合成碳纳米管/纤维，不仅来源广泛、价格低廉，而且废塑料的循环利用有助于解决“白色污染”的环境问题，因而具有很好的社会效益和生态效益。
[0015]按上述方案，所述多孔陶瓷与废塑料粉体的质量比为1：5～10。
[0016]按上述方案，所述煅烧处理工艺条件为：在H2和Ar混合气氛下，以2～10℃/min的升温速率升温至500～900℃，保温1～5小时。煅烧过程中，金属前驱体会在氢气作用下还原成单金属纳米颗粒，再以此为催化剂，催化裂解废塑料，从而在多孔陶瓷的表面合成碳纳米管/碳纤维。
[0017]按上述方案，所述H2和Ar混合气氛中H2体积百分含量为5％。
[0018]本专利技术还提供上述碳纳米管/纤维改性的自加热多孔疏水/亲油陶瓷的制备方法，具体步骤如下：将羧甲基纤维素钠、过渡金属前驱体和去离子水混合配制催化剂前驱体溶液；将多孔陶瓷浸没在所得催化剂前驱体溶液中，充分真空浸渍，然后干燥，随后将浸渍干燥处理后的多孔陶瓷用废塑料粉体覆盖，经煅烧处理制得碳纳米管/纤维改性的自加热多孔疏水/亲油陶瓷。
[0019]以及上述碳纳米管/纤维改性的自加热多孔疏水/亲油陶瓷在油水分离中的应用。将所述陶瓷安装于CN202020613069.2所述装置中，在外加电压下对油/水混合物进行分离。
[0020]本申请以多孔陶瓷作为基体，其浸渍催化剂前驱体溶液后再在含H2的气氛下煅烧，在高温煅烧处理的过程中，均匀分散于多孔陶瓷气孔中的过渡金属前驱体首先被氢气还原成过渡金属纳米颗粒，然后以其作为催化剂催化裂解废塑料粉体，在多孔陶瓷表面原位生成碳纳米管/纤维，多孔陶瓷整体包括内部气孔的表面都包覆了一层碳纳米管/纤维。由于碳纳米管/纤维的疏水性和导电性，碳纳米管/纤维改性的自加热多孔疏水/亲油陶瓷表现出疏水/亲油的特性，同时表面的碳纳米管/纤维在外加电压的作用下能产生焦耳热，降低原油的粘度，实现加热和油水分离同时进行，提升原油的分离效率。
[0021]本专利技术的有益效果在于：
[0022]1、本专利技术提供的碳纳米管/纤维改性的自加热多孔疏水/亲油陶瓷具有陶瓷材料优异的机械强度和化学稳定性，孔隙率高，透气度高，导热性能好，而且具有良好的疏水亲油性，可在外加电场的作用下进行自加热，所产生的热量能快速扩散到周围的高粘度原油，增大其流动性，从而实现高粘度原油的高效分离。
[0023]2、本专利技术以工业上常用的材料多孔陶瓷为原料，生产成本低，工艺流程简单，适合产业化，具有很高的经济价值。
附图说明
[0024]图1为本专利技术实施例1所用多孔陶瓷的扫描电镜图；
[0025]图2为实施例1所制备的碳纳米管/纤维改性的自加热多孔疏水/亲油陶瓷表面碳纳米管/纤维分布的扫描电镜图；
[0026]图3为实施例1所制备的碳纳米管/纤维改性的自加热多孔疏水/亲油陶瓷表面碳纳米管/纤维分布的扫描电镜图；
[0027]图4为实施例1所制备的碳纳米管/纤维改性的自加热多孔疏水/亲油陶瓷在外加电压下自加热温度随时间测试图。
具体实施方式
[0028]下面结合具体实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管/纤维改性的自加热多孔疏水/亲油陶瓷，其特征在于，所述自加热多孔疏水/亲油陶瓷由多孔陶瓷改性得到，在多孔陶瓷内外表面均包覆一层疏水/亲油的碳纳米管/纤维层；其制备方法如下：将羧甲基纤维素钠、过渡金属前驱体和去离子水混合配制催化剂前驱体溶液；将多孔陶瓷浸没在所得催化剂前驱体溶液中，充分真空浸渍，然后干燥，随后将浸渍干燥处理后的多孔陶瓷用废塑料粉体覆盖，经煅烧处理制得碳纳米管/纤维改性的自加热多孔疏水/亲油陶瓷。2.根据权利要求1的碳纳米管/纤维改性的自加热多孔疏水/亲油陶瓷，其特征在于，所述过渡金属前驱体为硝酸铁，硝酸钴，硝酸镍，氯化铁，氯化钴，氯化镍中的一种或多种，均为工业纯或分析纯，粒径≤100μm；所述羧甲基纤维素钠、过渡金属前驱体与去离子水的质量比为1：100：300～3000。3.根据权利要求1的碳纳米管/纤维改性的自加热多孔疏水/亲油陶瓷，其特征在于，所述多孔陶瓷为多孔海泡石陶瓷，多孔硅藻土陶瓷，多孔莫来石陶瓷，多孔镁铝尖晶石陶瓷，多孔钛酸钙陶瓷，多孔氧化铝陶瓷，多孔氧化锆陶瓷，多孔碳化钛陶瓷，多孔碳化硅陶瓷和多孔氮化硅陶瓷中的一种，气孔率为50～90％，耐压强度0.5～25.0MPa，密度为0.5～1.5g/cm3。4.根据权利要求1的碳纳米管/纤维改性的自加热多孔疏水/亲油陶瓷，其特征在于，所述多孔陶瓷与所述催化剂前驱体溶液质量比为1：10～1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海军，黄仲，张俊，张少伟，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：