一种天然纳米纤维增强增韧的疏水多孔弹性体的制备方法技术

本发明专利技术针对目前以高内相乳液为模板制备的疏水多孔弹性体存在韧性和抗压强度差的问题，受钢筋混凝土结构启发，公开了一种天然纳米纤维增强增韧的疏水多孔弹性体的制备方法。具体以疏水固体粒子及小分子表面活性剂为稳定剂，以天然纳米纤维的水分散液为分散相，以溶有光引发剂的含一个双键的疏水基单体和含多个双键的交联剂为连续相，搅拌上述混合液后得到油包水型Pickering高内相乳液，然后在紫外光照下将连续相固化，再经洗涤干燥处理制得天然纳米纤维增强增韧的疏水多孔弹性体。本发明专利技术操作简单、反应条件温和、制备周期短和易实现工业化生产；且所得弹性体的力学性能好、孔隙率高和吸油容量高，在含油废水的分离和纯化领域具有很好的应用前景。领域具有很好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种天然纳米纤维增强增韧的疏水多孔弹性体的制备方法


[0001]本专利技术属于疏水多孔弹性体应用于含油废水处理领域，具体涉及一种天然纳米纤维增强增韧的疏水多孔弹性体的制备方法。

技术介绍

[0002]在人类社会的不断发展过程中，许多行业如石油化工、食品加工和制革在生产过程中会产生大量的含油废水。此外，在海上采油和远洋运输的过程中，也会频繁出现原油泄露事故。含油废水的排放不仅会给经济造成大量的损失，而且还会给生态环境造成很大的危害。如2010年发生在美国墨西哥湾的原油泄露事故，造成的直接经济损失高达数百亿美元，导致数十种当地海洋生物濒临灭绝。因此，无论是从环境保护，还是从资源节约的角度来看，对含油废水进行分离，并将有价成分再次利用，均具有十分重要的意义。常用的油水分离技术主要有重力法、离心法、过滤法、絮凝法、盐析法、生物法和吸附法等。其中吸附法因其操作简单、吸附速率快、吸附效率高等优点而成为目前应用最为广泛的一种方法，具体是利用具有疏水亲油的多孔材料将含油废水中的油相吸附并保存与孔隙之中，从而到达到清理分离净化含油废水的目的。此法的关键在于疏水亲油多孔材料的研究与开发，且材料孔径的大小、孔隙率、表面疏水性和抗冲击/压缩等力学性能直接关系着除油效果的好坏。
[0003]以油包水型Pickering高内相乳液（Pickering HIPEs）为模板能够制备出结构可控、尺寸均一、孔隙率高的多孔材料，且制备周期短、易于操作和反应条件温和，因而成为目前制备多孔材料最常用的方法之一。不过孔隙率越大，多孔材料的力学性能就越差；此外，对于有些材料如聚苯乙烯，因为苯环结构的存在，本身就很脆，容易引起应力开裂，从而导致抗压缩能力不强（抗压强度小于2.2 MPa），不能通过直接挤压来收集所吸附的油相，只能通过蒸发作用去除。这样不仅耗时长、能耗高、不能将油相收集起来进行二次利用，而且不适用于原油等高沸点油相，从而极大地限制了它们的应用。目前常用的方法是在连续相中加入柔性的交联剂如聚乙二醇二甲基丙烯酸酯，不过即便如此，抗压强度也只能达到5.6 MPa左右。相比之下，一些孔隙率较低的多孔材料的抗压强度达到了15 MPa，能够循环使用超过一千次。因此得到高孔隙率的多孔材料的同时，使材料保持很好的韧性和抗压缩性能，对推进其在油水分离领域中的应用具有非常重要的意义。
[0004]混凝土是由胶凝材料水泥、砂子、石子和水，及掺和材料、外加剂等按一定的比例拌和而成，凝固后坚硬如石，但存在与聚苯乙烯多孔材料同样的问题——韧性差，容易引起应力开裂。1849年，法国人J.L.朗姆波在混凝土中引入一定量的长径比很大的铁丝后，发现混凝土的韧性和抗冲击强度得到了很大的提高。这是因为具有一定韧性的铁丝能够在混凝土中形成网状结构，能够承担大部分应力的冲击。自1867年法国人J.莫尼埃首次申请专利以来，发展到现在，钢筋混泥土已经成为目前房屋建筑的主要结构。而天然的纳米纤维如纤维素纳米纤维、木质素纳米纤维和几丁质纳米纤维是一类直径为4~50 nm，长度为1000~3000 nm，长径比大于50的高弹性模量（130
‑
150 GPa）和高强度（2
‑
6 GPa）物质。目前已经用来增强增韧二氧化硅、聚氨酯和水泥等多种物质。受此启发，我们针对由Pickering高内相
乳液模板法制备得到的高孔隙率疏水多孔弹性材料存在的抗压强度差的问题，选用长径比大的天然纳米纤维作为增强增韧基质，制备抗压强度高、韧性好和孔隙率高的多孔弹性体。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种天然纳米纤维增强增韧的疏水弹多孔性体的制备方法。具体以天然纳米纤维的水分散液为分散相，溶有光引发剂的含一个双键的疏水基单体和含多个双键的交联剂为连续相，疏水固体粒子及小分子表面活性剂为稳定剂，搅拌上述混合液后得到油包水型Pickering高内相乳液，在紫外光照下将连续相固化，再经洗涤干燥处理制得天然纳米纤维增强增韧的疏水多孔弹性体。本专利技术操作简单、反应条件温和、制备周期短、成本低廉和易实现工业化生产；且所得弹性体的韧性和压缩强度好、孔隙率高和吸油容量高，在含油废水的分离和纯化领域具有很好的应用前景。具体步骤如下：（1）往水中加入一定量的直径在4~50 nm之间，长度在1000~3000 nm之间的天然纳米纤维，通过搅拌使其分散均匀，得到质量分数在0.1%~5%之间的天然纳米纤维水分散液；（2）将含单个碳碳双键的疏水单体和含多个碳碳双键的交联剂按照体积比（1~10）：1加入到敞口的容器中，作为乳液的连续相，然后加入占连续相质量分数0.5%~5%的疏水固体粒子、1%~15%的小分子表面活性剂及0.1%~0.5%的光引发剂，充分搅拌后得到分散均匀的混合液，再往其中加入总体积分数在75%~98%之间的天然纳米纤维水分散液，搅拌后得到油包水型Pickering高内相乳液；（3）紫外光照Pickering高内相乳液0.5 h~2 h，引发双键聚合将连续相固化，乙醇洗涤固化后产物2~3次，除去未反应完全的单体和交联剂，然后在60
‑
80℃的烘箱中干燥12 h~24 h，得到天然纳米纤维增强增韧的疏水多孔弹性体。
[0006]2. 根据权利要求1所述的一种天然纳米纤维增强增韧的疏水多孔弹性体的制备方法，其特征在于所述的天然纳米纤维为纤维素纳米纤维、木质素纳米纤维和几丁质纳米纤维中的一种。
[0007]3. 根据权利要求1所述的一种天然纳米纤维增强增韧的疏水多孔弹性体的制备方法，其特征在于所述的含单个双键的疏水单体为丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸异冰片酯、苯乙烯、1
‑
丁烯、1
‑
戊烯、1
‑
辛烯和甲基丙烯酸缩水甘油酯中的一种；含多个双键的交联剂为二乙烯基苯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸酐、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、1,3
‑
二乙烯基四甲基二硅氧烷和二甲基二乙烯基硅烷中的一种。
[0008]4. 根据权利要求1所述的一种天然纳米纤维增强增韧的疏水多孔弹性体的制备方法，其特征在于所述的疏水固体粒子为二氧化硅、二氧化钛、氧化石墨烯和粘土中的一种，其直径在10 ~500 nm之间，三相接触角在100~150
o
之间；小分子表面活性剂为卵磷脂、司班
‑
20、司班40、司班60、司班80、司班85、吐温20、吐温60和吐温
‑
80中的一种；光引发剂为2
‑
羟基
‑2‑
甲基苯丙酮和偶氮二异丁腈中的一种。
具体实施方式
[0009]下面给出本专利技术的三个实施例，以具体说明天然纳米纤维增强增韧的疏水多孔弹性体的制备方法。
[0010]实施例1：
[0011]将0.5 g纤维素纳米纤维加入到99.5 g水中，充分搅拌后，得到质量分数为0.5%的纤维素纳米纤维分散液，备用。分别将0.9 mL丙烯酸丁酯、0.1 mL二乙烯基苯、0.01 g疏水二氧化硅、0.05 g司班80本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种天然纳米纤维增强增韧的疏水多孔弹性体的制备方法，其特征在于：（1）往水中加入一定量的直径在4~50 nm之间，长度在1000~3000 nm之间的天然纳米纤维，通过搅拌使其分散均匀，得到质量分数在0.1%~5%之间的天然纳米纤维水分散液；（2）将含单个碳碳双键的疏水单体和含多个碳碳双键的交联剂按照体积比（1~10）：1加入到敞口的容器中，作为乳液的连续相，然后加入占连续相质量分数0.5%~5%的疏水固体粒子、1%~15%的小分子表面活性剂及0.1%~0.5%的光引发剂，充分搅拌后得到分散均匀的混合液，再往其中加入总体积分数在75%~98%之间的天然纳米纤维水分散液，搅拌后得到油包水型Pickering高内相乳液；（3）紫外光照Pickering高内相乳液0.5 h~2 h，引发双键聚合将连续相固化，乙醇洗涤固化后产物2~3次，除去未反应完全的单体和交联剂，然后在60
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80℃的烘箱中干燥12 h~24 h，得到天然纳米纤维增强增韧的疏水多孔弹性体。2.根据权利要求1所述的一种天然纳米纤维增强增韧的疏水多孔弹性体的制备方法，其特征在于所述的天然纳米纤维为纤维素纳米纤维、木质素纳米纤维和几丁质纳米纤维中的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴尖辉，王春华，林炜，穆畅道，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：