一种水基仿生超疏水-超亲油海绵的制备方法及其应用技术

本发明专利技术涉及一种水基仿生超疏水

【技术实现步骤摘要】
一种水基仿生超疏水
‑
超亲油海绵的制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于环境功能材料
，具体涉及一种水基仿生超疏水
‑
超亲油海绵的制备方法，及其在水包油乳液分离中的应用。

技术介绍

[0002]随着全球经济的快速发展，石油泄漏和工业含油废水日益增多，造成了严重的环境污染和生态问题。含油废水的处理，尤其是含油乳液的处理，仍然是一个世界性的难题。此外，在表面活性剂的作用下，形成稳定的水包油乳液，其粒径小于20μm，在所有类型的含油废水中最难分离且最有害。
[0003]传统用于乳液分离的方法有离心法、超声法、加热法、气浮法等，存在操作方式复杂，费用高昂，处理效率低等问题。为此，研究工作者设计出超润湿材料用于乳液分离。例如，新开发地超疏水
‑
超亲油材料可以有效地实现水包油(Journal of Materials Chemistry A,2016,4,15546
‑
15553.)或油包水(Journal of colloid and interface science,2018，532,12
‑
23.)乳液的分离。然而，高昂的成本，复杂的制备过程等问题限制了超疏水
‑
超亲油材料的应用。
[0004]丝瓜、硅藻和玉米芯等天然材料，具有多孔微结构和大比表面积，在吸收、过滤和分离领域具有广阔的应用前景。基于天然材料的特点，科研工作者选择具有三维结构的三聚氰胺海绵(Langmuir,2019,35,12799
‑
12806.)、聚氨酯海绵(Separation and Purification Technology,2020,240,116627.)等作为基材，采用化学修饰的方式制备出仿生超疏水
‑
超亲油海绵，可以在重力下实现高效的乳液分离。然而，常规的修饰需要复杂的制备方法、苛刻的实验环境及有毒的溶剂，在工业化制备中没有优势。基于此，如能研发一种以水为溶剂，采用简单、经济、环境友好的方式制备仿生超疏水
‑
超亲油的海绵的方法，是非常有必要的，探寻其在水包油乳液分离中的应用，仅靠重力驱动实现乳液分离更是具有广阔的应用前景和实际应用价值。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就在于提供一种水基仿生超疏水
‑
超亲油海绵的制备方法，还提供了一种所制海绵在水包油乳液分离中的应用，以解决超疏水
‑
超亲油海绵制备过程复杂、成本高、苛刻的实验环境及有毒的溶剂的问题。该方法具有反应速度快、环境友好、成本低等优点，制备的仿生超疏水
‑
超亲油海绵用于水包油乳液分离，分离效率达到99％以上，分离通量为1500m
‑2L
‑1h
‑1以上，具有分离效率高、操作简单及连续分离等优点。
[0006]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0007]一种水基仿生超疏水
‑
超亲油海绵的制备方法，先利用碱液并利用多巴胺的强粘合性，提高疏水二氧化硅在海绵表面的结合力，再结合疏水硅烷的修饰，获得超疏水
‑
超亲油海绵，具体包括以下步骤：
[0008]A、首先将硅烷偶联剂在水中高速搅拌；
[0009]B、加入碱液促进硅烷偶联剂在水中水解，在高速搅拌下缩聚形成疏水型二氧化硅；
[0010]C、向溶液中加入多巴胺搅拌；
[0011]D、将三聚氰胺海绵裁剪，然后浸入含有硅烷偶联剂、碱液以及多巴胺的溶液中，之后取出干燥；
[0012]E、将干燥的含有疏水型二氧化硅、聚多巴胺的三聚氰胺海绵，放在高温下退火得到仿生超疏水
‑
超亲油海绵。
[0013]进一步地，步骤A中，所述硅烷偶联剂为甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷或戊基三乙氧基硅烷，硅烷偶联剂与水的体积比为2％
‑
8％。
[0014]进一步地，步骤A中，所述搅拌时间为6
‑
24h。
[0015]进一步地，步骤B中，所述碱液为NaOH溶液、氨水或KOH溶液，碱液与硅烷偶联剂分散液的体积比为1％
‑
2％。
[0016]进一步地，步骤B中，所述搅拌时间为0.5
‑
1.5h。
[0017]进一步地，步骤C中，所述多巴胺的含量为0.5
‑
2mg/mL。
[0018]进一步地，步骤C中，所述搅拌时间为10
‑
60s。
[0019]进一步地，步骤D中，所述干燥温度为40
‑
60℃，干燥时间为6
‑
12h。
[0020]进一步地，步骤E中，所述退火温度为150℃
‑
200℃，退火时间为1
‑
2h。
[0021]一种水基仿生超疏水
‑
超亲油海绵的应用，其特征在于：应用于水包油乳液分离，所制水基仿生超疏水
‑
超亲油海绵能在重力驱动下，实现乳液分离。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0023]1、整个反应体系以水为溶剂，制备工艺简单、原材料低廉、环境友好；
[0024]2、制备的仿生超疏水
‑
超亲油海绵对水包油乳液分离效率高，可重复使用性好，在实际水包油乳液分离方面具有较大潜力。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0026]图1是本专利技术的一种水基仿生超疏水
‑
超亲油海绵表面的光学图片(a)，水接触角的图片(b)，油接触角图片(b)；
[0027]图2是本专利技术的一种水基仿生超疏水
‑
超亲油海绵的采用自制油水分离装置进行水包甲苯乳液的分离前后的图片和光学显微图像；
[0028]图3是本专利技术的一种水基仿生超疏水
‑
超亲油海绵的水包甲苯乳液分离的分离效率图和分离通量图。
具体实施方式
[0029]下面结合实施例对本专利技术作进一步说明：
[0030]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描
述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，而非对本专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本专利技术相关的部分而非全部结构。
[0031]应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本专利技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水基仿生超疏水
‑
超亲油海绵的制备方法，其特征在于，先利用碱液并利用多巴胺的强粘合性，提高疏水二氧化硅在海绵表面的结合力，再结合疏水硅烷的修饰，获得超疏水
‑
超亲油海绵，具体包括以下步骤：A、首先将硅烷偶联剂在水中高速搅拌；B、加入碱液促进硅烷偶联剂在水中水解，在高速搅拌下缩聚形成疏水型二氧化硅；C、向溶液中加入多巴胺搅拌；D、将三聚氰胺海绵裁剪，然后浸入含有硅烷偶联剂、碱液以及多巴胺的溶液中，之后取出干燥；E、将干燥的含有疏水型二氧化硅、聚多巴胺的三聚氰胺海绵，放在高温下退火得到仿生超疏水
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超亲油海绵。2.根据权利要求1所述的一种水基仿生超疏水
‑
超亲油海绵的制备方法，其特征在于：步骤A中，所述硅烷偶联剂为甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷或戊基三乙氧基硅烷，硅烷偶联剂与水的体积比为2％
‑
8％。3.根据权利要求1所述的一种水基仿生超疏水
‑
超亲油海绵的制备方法，其特征在于：步骤A中，所述搅拌时间为6
‑
24h。4.根据权利要求1所述的一种水基仿生超疏水
‑
超亲油海绵的制备方法，其特征在于：步骤B中，所述碱液为NaOH溶液、氨水或KOH溶液，碱液与硅烷偶联剂分散液的体积比为1％

【专利技术属性】
技术研发人员：刘燕，方正平，詹斌，魏冬松，李淑一，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：