一种油水分离泡沫铜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种油水分离用泡沫铜及其制备方法，选用厚度1～3mm的三维通孔泡沫铜，孔径尺寸为400～1500μm，将其剪成所需尺寸，分别使用丙酮和乙醇在超声环境中清洗，氮气吹干后浸入稀酸中处理，再用稀碱溶液、去离子水洗净，吹干；再浸入密闭的浓度为0.1～0.5mol/L、温度为5℃的氨水溶液中12～48h，取出后用清水冲洗并烘干；最后浸泡于硬脂酸修饰液中，80～95℃水浴条件下浸泡30～90min，然后再用乙醇溶液涮洗，以去除泡沫铜上未吸附或吸附不牢的硬脂酸分子和其它杂质，最后吹干，即得到长链烷烃分子修饰的泡沫铜。这种泡沫铜具有高效油水分离特性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种泡沫铜，特别涉及一种用于油水分离的泡沫铜及其制备方法。
技术介绍
油水分离在石油、化工、海水油污、机械制造、纺织、餐饮等行业产生的含油废水处理中有重要应用，也是柴油发动机净化燃油的重要手段，高效油水分离特性对节能环保、提闻发动机性能等有重要意义。目前，市场上油水分离的处理方法主要有重力分离法、电脱分离法、离心分离法、化学处理法和聚结分离法等。其中，电脱分离法和离心分离法需要电力支持，能耗较高，化学处理法使用的化学试剂的污染性也限制了其应用。聚结分离法是目前普遍应用的一种方法，分离滤芯主要是有Teflon涂层的金属网，具有疏水亲油特性，利用油和水表面张力的差异使得它们在固体表面的润湿特性有明显不同，从而实现油水分离，但为了增大亲油性，Teflon涂层往往需要特殊的后处理。2004年，江雷课题组率先发表论文称利用喷涂法在不锈钢网表面制备了超亲水超疏油的聚丙烯酰胺涂层，水滴在其表面呈现球形，接触角达150°，而油滴却能快速润湿并透过丝网，从而从原理上展现了超疏水超亲油技术在油水分离领域的应用启示。此后，多种超疏水超亲油二维网状材料相继被报道，包括碳纳米管等，丝网则包括铜网、聚合物网等。值得关注的是，近几年来，响应性油水分离以及超亲油超疏水网状材料也已不断出现，在油滴捕获、绿色印刷等领域也显示出诱人的前景。但是，上述油水分离材料仍存在工艺方法繁杂、成本较高，难以大规模制备等缺点。同时，由于网状材料的二维尺度效应，缺乏第三维方向的支撑和补充，因此在分离效率、分离速度、耐磨性、耐久性等方面具有一定的局限性。泡沫铜是一种在铜基体中均匀分布着大量连通或不连通三维网状孔洞的新型多功能材料 ，由于具有大比表面积、耐蚀、高导电和导热特性，其在催化、过滤、流体压力缓冲、散热和声磁屏蔽等领域均有广泛的应用。
技术实现思路
本专利技术提供一种泡沫铜及其处理方法。本专利技术利用简便的化学氧化和蒸镀修饰法，在三维连通泡沫铜获得了超疏水超亲油特性，具有优异的油水分离特性。本专利技术采用如下技术方案:一种油水分离用泡沫铜的制备方法，所述方法包括下列步骤:(I)泡沫铜前处理:选用厚度I 3mm的三维通孔泡沫铜，孔径尺寸为400 1500 μ m,将其剪成所需尺寸，分别使用丙酮和乙醇在超声环境中清洗，氮气吹干后浸入稀酸中处理，以去除表面的氧化膜，并活化泡沫铜筋络表面，取出后分别用稀碱溶液、去离子水洗净，氮气吹干；(2)活化泡沫铜筋络表面粗糙化:将处理并活化后的泡沫铜浸入密闭的浓度为0.1 0.5mol/L、温度为5°C的氨水溶液中12 48h，取出后用清水冲洗并烘干；(3)活化并粗糙化泡沫铜化学修饰:将筋络已活化并粗糙化的泡沫铜浸泡于硬脂酸修饰液中，80 95°C水浴条件下浸泡30 90min,然后再用乙醇溶液涮洗，以去除泡沫铜上未吸附或吸附不牢的硬脂酸分子和其它杂质，最后吹干，即得到长链烷烃分子修饰的泡沫铜。步骤(2)中所述的氨水溶液盛放在密闭容器内，水浴加热。所述硬脂酸修饰液配制方法为:将去离子水缓慢滴加至DMF中，体积比为1:3 9，随后向DMF水溶液中添加硬脂酸，每50mL的DMF水溶液中的硬脂酸添加量为0.01 0.03mol 。 所述的稀酸为lmol/L的盐酸水溶液，所述的稀碱为lmol/L的氢氧化钠水溶液。油水分离用泡沫铜的制备方法得到的泡沫铜，在空气中，泡沫铜表面水滴静态接触角为150° -160°，滚动角为5° -10°，异辛烷在其上完全浸润，接触角接近0° ;当泡沫铜被油完全润湿或完全浸泡在油中时，泡沫铜表面的水滴接触角仍达到150°以上，且滚动角在1-3° ;泡沫铜能够将油水混合物中97%以上的异辛烷分离出来；能够将混有少量油的油水混合物中的98-99%质量百分比的油提取出来，单位体积泡沫铜的吸油量可达0.4-0.6g/cm3 ;泡沫铜能承受的水柱高度和水滴冲击速度分别为5-llcm和10-15cm/s ;分离IL油水混合物，持续分离10次，油水分离效率均可保持在96%以上；同时，分离IL油水混合物后，用乙醇清洗并烘干本专利技术制备的泡沫铜，再次循环使用时，水滴接触角在150°以上，异辛烷完全润湿，油水分离效率保持在96 %以上，循环使用10次，润湿性和油水分离特性基本无变化。有益效果:(I)可保留原有泡沫铜的相关特性，如大比表面积、耐蚀、高导电和导热特性；(2)优异的超疏水超亲油性能。在空气中，制备得到的泡沫铜表面水滴静态接触角为150° -160°，滚动角为5° -10°，而异辛烷可在其上完全浸润，接触角接近0° ；(3)稳定的超疏水性，即使样品被油完全润湿或完全浸泡在油中，制备的泡沫铜表面的水滴接触角仍高达150°以上，且滚动角在1-3°，轻微振动即可实现水滴的滚落；(4)优异的油水分离特性，通过油水混合物分离前后重量差别计算，本专利技术提供的制备方法获得的泡沫铜可将油水混合物中97%以上的异辛烷分离出来；(5)优异的吸油特性，可将混有少量油的油水混合物中的98-99%质量百分比的油提取出来，单位体积泡沫铜的吸油量可达0.4-0.6g/cm3 ；(6)优异的耐高压和流体缓冲能力，以水滴刺穿样品底部，出现渗漏为考量标准，本专利技术获得的泡沫铜可承受的水柱高度和水滴冲击速度分别为5-llcm和10-15cm/s，这说明，与同样制备工艺获得超疏水超亲油铜网相比(水柱高度和水滴冲击速度分别为2-5cm和4-6cm/s)，油水混合物的分离量和分离速度均可显著提高；(7)可持续和多次循环使用，分离IL油水混合物，持续分离10次，油水分离效率均可保持在96%以上；同时，分离IL油水混合物后，用乙醇清洗并烘干本专利技术制备的泡沫铜，再次循环使用时，水滴接触角在150°以上，异辛烷可完全润湿，油水分离效率保持在96%以上，循环使用10次，润湿性和油水分离特性等基本无变化；(8)处理方法成本低，无需特殊设备、操作简便，适合于大规模生产。附图说明图1为实施例1中活化、粗糙化并修饰后的泡沫铜的扫描电镜(SBO图片。图2为图1的高倍放大扫描电镜(SEM)图片。图3为实施例1中处理后的泡沫铜表面水滴接触角测量图。图4为异辛烷液体中处理的泡沫铜表面水滴接触角测量图。具体实施例方式一种高效油水分离泡沫铜的制备方法，所述方法包括下列步骤:(I)泡沫铜前处理:选用厚度l_3mm的三维通孔泡沫铜(任意方法制备的，市售的皆可使用)，孔径尺寸为400-1500 μ m,将其剪成所需尺寸(例如5cmX 5cm)，用丙酮和乙醇在超声环境中各清洗5min，氮气吹干后浸入摩尔浓度为lmol/L的稀盐酸水溶液中处理60s，以去除表面的氧化膜，并活化泡沫铜筋络表面，取出后先后用lmol/L的稀氢氧化钠水溶液、去离子水洗净，氮气吹干；(2)活化泡沫铜筋络表面粗糙化:将处理并活化后的泡沫铜浸入密闭的0.1-0.5mol/L的氨水溶液中12_48h，取出后用清水冲洗并烘干；所述氨水溶液盛放在密闭容器内，水浴加热，温度为5°C ；(3)活化并粗糙化泡沫铜化学修饰:将筋络已活化并粗糙化的泡沫铜浸泡于硬脂酸修饰液中，80-95 V水浴条件下浸泡30-90min，然后在温热的乙醇溶液(70 V左右)涮洗，以去除泡沫铜上未吸附或吸附不牢的硬脂酸分子和其它杂质，最后用吹风机吹干，即可实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种油水分离用泡沫铜的制备方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤：（1）泡沫铜前处理：选用厚度1～3mm的三维通孔泡沫铜，孔径尺寸为400～1500μm，将其剪成所需尺寸，分别使用丙酮和乙醇在超声环境中清洗，氮气吹干后浸入稀酸中处理，以去除表面的氧化膜，并活化泡沫铜筋络表面，取出后分别用稀碱溶液、去离子水洗净，氮气吹干；（2）活化泡沫铜筋络表面粗糙化：将处理并活化后的泡沫铜浸入密闭的浓度为0.1～0.5mol/L、温度为5℃的氨水溶液中12～48h，取出后用清水冲洗并烘干；（3）活化并粗糙化泡沫铜化学修饰：将筋络已活化并粗糙化的泡沫铜浸泡于硬脂酸修饰液中，80～95℃水浴条件下浸泡30～90min，然后再用乙醇溶液涮洗，以去除泡沫铜上未吸附或吸附不牢的硬脂酸分子和其它杂质，最后吹干，即得到长链烷烃分子修饰的泡沫铜。

【技术特征摘要】
1.一种油水分离用泡沫铜的制备方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤: (1)泡沫铜前处理:选用厚度I 3mm的三维通孔泡沫铜，孔径尺寸为400 1500μ m,将其剪成所需尺寸，分别使用丙酮和乙醇在超声环境中清洗，氮气吹干后浸入稀酸中处理，以去除表面的氧化膜，并活化泡沫铜筋络表面，取出后分别用稀碱溶液、去离子水洗净，氮气吹干； (2)活化泡沫铜筋络表面粗糙化:将处理并活化后的泡沫铜浸入密闭的浓度为0.1 0.5mol/L、温度为5°C的氨水溶液中12 48h，取出后用清水冲洗并烘干； (3)活化并粗糙化泡沫铜化学修饰:将筋络已活化并粗糙化的泡沫铜浸泡于硬脂酸修饰液中，80 95°C水浴条件下浸泡30 90min，然后再用乙醇溶液涮洗，以去除泡沫铜上未吸附或吸附不牢的硬脂酸分子和其它杂质，最后吹干，即得到长链烷烃分子修饰的泡沫铜。2.根据权利要求1所述的油水分离用泡沫铜的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述的氨水溶液盛放在密闭容器内，水浴加热。3.根据权利要求1所述的油水分离用泡沫 铜的制备方法，其特征在于，所述硬脂酸修饰液配制方法为:将去离子水缓慢滴加至DMF中，体积比为1:3 9，随后向DMF水溶液中添加硬...

【专利技术属性】
技术研发人员：张友法，吴春晓，余新泉，臧东勉，陈锋，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：