一种泡沫炭负载纳米碳纤维的制备及吸附油污的应用方法，属于无机非金属炭素材料科学技术领域。这种泡沫炭负载纳米碳纤维的制备和应用是将泡沫炭表面通过化学气相沉积技术负载纳米碳纤维得到复合材料，将该复合材料作为吸附材料应用于含有油污的污水中，油污脱除率可达100％。本发明专利技术具有工艺简单、生产成本低廉、环境友好、油污脱除能力强，应用范围广、易于分离和循环使用等特点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种泡沫炭负载纳米碳纤维的制备及其吸附油污的应用方法，属于无机非金属炭素材料科学
技术介绍
当今社会，石油做为能源占有及其重要的地位。然而，在石油开采、加工、运输与使用过程中，有相当数量的石油泄露、废弃于海洋中。全世界每年进入海洋的石油污染物在 1000万吨以上，这些污染为海洋生态系统带来毁灭性的灾难，因此对海水中油污的治理成为当务之急。目前国际上对油污的治理有化学方法和物理方法。化学方法采用的是包括乳化分散剂、集油剂、凝油剂等在内的化学消油剂。化学消油剂对厚度小于Imm的油膜可有效清理。但化学方法会消耗大量的药品，另外还可能产生二次污染。物理方法一般采用围油栏、清污船及附属回收装置、吸油材料(包括高分子材料、无机多孔物质及纤维等)清理油污。物理方法以其环境友好，除油速度快等优点受到广泛的重视。目前主要以聚丙烯基吸油材料为主，市场售价在3500-4000美元每吨，成本相对较高。此外，由于聚丙烯基洗油材料大多为柔性材料组成，因此吸油后保油能力差，稍一加压就会重新漏油。同时，由于聚丙烯材料软化温度低于150°C，因此只能通过挤压进行脱油，使其难以多次重复使用。通常聚丙烯基吸油材料的使用次数为2-3次。这些缺点的存在使得它们的应用受到了限制，开发新型吸油材料成为当务之急。研究表明，具有超疏水性表面的大孔材料可以有效的进行油 ι^ (Angewandte Chemie-International Edition, 2004. 43(15) 2012-2014 ；Advanced Materials, 2006. 18(23) :3063_3078·)。泡沫炭是一种具有高孔隙率、低密度、强耐酸耐碱耐化学腐蚀、较高的导热系数和热稳定性、较高的机械强度以及高度开放孔结构的大孔泡沫状炭材料。这些特点使泡沫炭具有成为优异的吸油材料的可能。例如，泡沫炭高达97%的孔隙率保证了其可以吸附超过自身重量20-30倍的重质油；泡沫炭的低密度使其可以在油污吸附前后均漂浮于海面，便于对其进行处理；强耐腐蚀性能保证了其可以长期在海水甚至高腐蚀环境中使用；较高的导热系数和热稳定性使其有可能通过加热处理方法对吸附的油污进行分离，并保证了其重复使用的可能；较高的机械强度保证了泡沫炭实际应用的可行性并增加其吸油后的保油能力；而大孔结构有利于对如石油、重质油等高粘度油污进行吸附。但将泡沫炭作为吸油材料应用于海水油污治理方面的研究至今仍旧没有报道。这可能是由于以下几个原因所致1、 目前泡沫炭主要以中间相浙青为前驱体通过发泡法合成。虽然所得到的泡沫炭具有其自身的优异特性，但原料中间相浙青成本相对较高，同时合成时需高温高压，因此难以大批量的应用于海水油污治理方面。2、所得到的泡沫炭开孔率较低，孔径较小，不利于高粘度油污的吸附与脱附。3、更为重要的是虽然炭材料本身具有一定的疏水性，但接触角较小，因此难以达到高效的油水分离效果。通过在泡沫炭表面生长纳米碳纤维有可能改变泡沫炭表面浸润性，使其成为超疏水性材料。然而，虽然泡沫炭表面生长纳米碳纤维的报道屡见不鲜(Fuel， 2009. 88(1) 46-53 Journal of Materials Chemistry, 2008. 18(21) :2426_2436)，但对其超疏水性以及油水分离性能还没有进行过深入的研究。此外，由于现有工艺大多为在合成的泡沫炭表面通过浓酸氧化以及金属盐溶液浸渍等工艺进行纳米碳管生长所需催化剂担载，这一过程费时冗长且产品质量难以保证，同时浓酸的使用将增加成本并带来环境问题。 因此，我们提出一种简单易行并可实现大规模生产的泡沫炭负载纳米碳纤维的制备及吸附油污的方法。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中存在的问题，本专利技术提供。该方法工艺简单、成本低廉、泡沫炭表面负载纳米碳纤维复合材料表面具有超疏水性、油污吸附速度快、吸附材料易于回收。本专利技术采用的技术方案是一种泡沫炭负载纳米碳纤维的制备方法如下(1)按镍元素与聚酰胺酸固含量比值为0. 1-4 100的比例称取镍盐，使镍盐溶于聚酰胺酸的二甲基乙酰胺溶液中，形成镍盐与聚酰胺酸的二甲基乙酰胺溶液，将作为模板的高聚物泡沫在上述溶液中浸渍2-5min，取出浸渍后的模板泡沫，挤压出过量镍盐与聚酰胺酸的二甲基乙酰胺溶液获得复合物泡沫，将挤压后的复合物泡沫放入恒温箱，在60°C下干燥5-10h固化，将固化后的复合物泡沫置于石英舟中，在管式电阻炉内以1-10°C /min程序升温至700-1500°C，炭化处理0. 5-10h，冷却至室温后得到载镍泡沫炭；(2)将得到的载镍泡沫炭经化学气相沉积法制备泡沫炭负载纳米碳纤维，过程如下将载镍泡沫炭置于管式炉恒温区，在惰性气体保护下，升温至500-60(TC，切换气体为 N2/H2混合气，样品还原30-60min，在该气氛下1_100°C /min程序升温至700_900°C，混合气体切换为H2/N2/C2H4，待反应进行3-60min后，气体切换为惰性气体，冷却至室温，制得泡沫炭负载纳米碳纤维。所述载镍泡沫炭的孔径为80-1200微米，纳米碳纤维长度为0. 5-700微米。所述聚酰胺酸的二甲基乙酰胺溶液中的聚酰胺酸固含量为5-15%。所述镍盐选自硝酸镍、氯化镍、硫酸镍。所述模板泡沫选自聚氨酯泡沫、三聚氰胺泡沫或酚醛树脂泡沫。将0. 01-5000g具有整体结构的泡沫炭表面负载纳米碳纤维复合材料作为吸附材料放入含有油污的废水中，在温度为-10-105°C，压力为50-8000KPa条件下进行吸附，吸附时间为1-900秒，油水分离程度为70% -100%。所述油污的组成为芳烃、脂肪烃或芳烃与脂肪烃的混合物。所述废水的盐含量为0-100000ppm。本专利技术与现有技术相比具有如下优点(1)本专利技术可方便的调节泡沫体整体复合材料的孔结构、开孔率和密度且纳米碳纤维完整覆盖于泡沫炭表面。(2)泡沫炭负载纳米碳纤维具有优异的油水分离能力。(3)制备过程简单、对设备要求不高，参数容易控制，操作容易、易于放大。具体实施例方式下面通过实施例对本专利技术作进一步说明。实施例一 按镍元素与聚酰胺酸固含量比值为4 100的比例称取镍盐，使镍盐溶于聚酰胺酸的二甲基乙酰胺溶液中，形成镍盐与聚酰胺酸的二甲基乙酰胺溶液，将作为聚胺脂在上述溶液中浸渍2-5min，取出浸渍后的模板泡沫，挤压出过量硝酸镍与聚酰胺酸的二甲基乙酰胺溶液获得复合物泡沫，将挤压后的复合物泡沫放入恒温箱，在60°C下干燥5-10h固化， 将固化后的复合物泡沫置于石英舟中，在管式电阻炉内以1-10°C /min程序升温至700°C， 炭化处理lh，冷却至室温后得到载镍泡沫炭；将得到的载镍泡沫炭经化学气相沉积法制备泡沫炭负载纳米碳纤维，过程如下 将载镍泡沫炭置于管式炉恒温区，在惰性气体保护下，升温至500°C，切换气体为N2/H2混合气，样品还原30min，在该气氛下10°C /min程序升温至800°C，混合气体切换为H2/N2/C2H4， 待反应进行30min后，气体切换为惰性气体，冷却至室温，制得泡沫炭负载纳米碳纤维。将Ig具有整体结构的泡沫炭表面负载纳米碳纤维复合材料作为吸附材料放入含有汽油的废水(盐含量50ppm)中，在温度为20本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种泡沫炭负载纳米碳纤维的制备方法，其特征在于：（１）按镍元素与聚酰胺酸固含量比值为０．１－４∶１００的比例称取镍盐，使镍盐溶于聚酰胺酸的二甲基乙酰胺溶液中，形成镍盐与聚酰胺酸的二甲基乙酰胺溶液，将作为模板的高聚物泡沫在上述溶液中浸渍２－５ｍｉｎ，取出浸渍后的模板泡沫，挤压出过量镍盐与聚酰胺酸的二甲基乙酰胺溶液获得复合物泡沫，将挤压后的复合物泡沫放入恒温箱，在６０℃下干燥５－１０ｈ固化，将固化后的复合物泡沫置于石英舟中，在管式电阻炉内以１－１０℃／ｍｉｎ程序升温至７００－１５００℃，炭化处理０．５－１０ｈ，冷却至室温后得到载镍泡沫炭；（２）将得到的载镍泡沫炭经化学气相沉积法制备泡沫炭负载纳米碳纤维，过程如下：将载镍泡沫炭置于管式炉恒温区，在惰性气体保护下，升温至５００－６００℃，切换气体为Ｎ２／Ｈ２混合气，样品还原３０－６０ｍｉｎ，在该气氛下１－１００℃／ｍｉｎ程序升温至７００－９００℃，混合气体切换为Ｈ２／Ｎ２／Ｃ２Ｈ４，待反应进行３－６０ｍｉｎ后，气体切换为惰性气体，冷却至室温，制得泡沫炭负载纳米碳纤维。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：邱介山，肖南，周颖，凌铮，赵宗彬，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：91
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