一种用于溢油回收的氧化亚铜/三聚氰胺海绵的制备方法与流程

日期:2019-05-22 09:43:41


本发明属于三聚氰胺海绵改性材料制备技术领域,尤其涉及一种用于溢油控制回收的基于氧化亚铜对三聚氰胺海绵超疏水亲油改性的油水分离材料的制备方法。



背景技术:

溢油事故一旦发生,不仅会造成严重的环境污染,而且会带来严重的经济损失,在2010年墨西哥海湾的漏油事件是近年来最严重的一次溢油事件,严重的污染了海岸线附近的水域,给海洋中的生物造成了难以想象的危害,而且溢油的这种不良影响可能会持续数十年之久,除了对经济和环境带来的危害外,溢油事故也可能会导致火灾,传统的溢油处理方法有机械提取分离、化学分散、现场燃烧等。这些方法一般效率低,不但没法使油品直接回收利用,而且往往可能造成二次污染,因此,需求一种高效的可持续发展的溢油处理新方法受到了人们的广泛关注。

近年来,结合超疏水亲油性能的吸附材料的应用被公认为是一种更有效的溢油控制回收的途径。目前常见的吸附材料有活性炭、分子筛、碳纳米管复合海绵、Fe/CNT复合物、多孔聚合物等,它们都能由于油水分离,但是也存在着一些问题。比如以碳纳米管复合的吸附材料虽然有高效的油水分离能力,但是其昂贵的生产成本限制了它的广泛应用。而活性炭由于其本身的吸水特性需要进行表面修饰改性来提高其吸油效率,而且其密度大,在油水混合物中会下沉,对于溢油回收也存在着诸多不便。因此我们应该发展一种具有高吸附能力、可循环使用、低成本、无二次污染的新型吸附材料。因此聚合物海绵由于其开孔结构、孔隙率高、弹性好,价格低,而且密度小,会浮在水面上,更易于溢油的控制回收,被认为是很良好应用前景的油水分离材料。实际上,商业的聚合物海绵多为聚氨酯海绵和三聚氰胺海绵,是亲水性的,不过通过表面基团改性、与疏水性的纳米颗粒复合以及表面粗糙度改性等方法可以使其具有疏水亲油性能,因此海绵在溢油事故的控制回收等领域具有广泛的应用前景。



技术实现要素:

本发明的目的在于克服上述现有技术不足,提供一种用于溢油回收的氧化亚铜/三聚氰胺海绵的制备方法,本发明制备过程简单,而且成本低,制备出的材料具有良好的疏水亲油性,油品易于脱附回收,可重复循环利用,能有效的应用于溢油事故的控制回收。

本发明的技术方案是这样解决的:

(1)先将市售的三聚氰胺海绵放入烧杯中,加入适量的去离子水,在超声波仪中超声清洗,然后将三聚氰胺海绵置于适量的乙醇中超声清洗30-60min,再在80-140℃干燥箱中4-8小时干燥;

(2)将三聚氰胺海绵装入烧杯,加入适量的乙醇,在超声波仪中清洗一段时间,然后在80-140℃干燥箱中4-8小时干燥;

(3)用量筒量取30-80mL的正己烷作为溶剂,倒入带盖的广口瓶中,加入0.5-3g的道康宁硅胶,再加入0.1-1.2g已经过改性的氧化亚铜,将广口瓶置于功率为100-500W的超声波仪中超声10-30min;

(4)取0.5-2g干燥后的三聚氰胺海绵置于广口瓶中,将温度控制在30-60℃,继续超声1-3小时;

(5)取0.1-1.2g的硬化剂置于广口瓶中,1-3h后停止超声,将广口瓶中的海绵取出放于培养皿中,在鼓风恒温干燥箱中120-200℃下2-8小时硬化干燥,冷却至室温后取出。

氧化亚铜是以二水合氯化亚铜为原料,通过水热法合成的。

该制备方法采用的是三聚氰胺海绵,并进行了粗糙度改性,改性剂改性,加热硬化等操作。

本发明将氧化亚铜和三聚氰胺海绵进行复合来制备具有高疏水亲油性能的海绵,通过扫描电子显微镜(SEM)可以观察到氧化亚铜在三聚氰胺海绵的表面复合紧密。同时实验测得制备的氧化亚铜海绵的接触角为144°,通过油水吸附试验进一步证明了制得的氧化亚铜海绵具有优良的疏水亲油性能,而且制备过程简单,成本低,油品易于脱附回收,可以重复循环利用,能有效的应用于溢油事故的控制回收:

(1)本发明所用的三聚氰胺海绵价格低廉,比表面积很大,在吸附材料方面具有广泛的应用前景。

(2)本发明选用氧化亚铜和硅胶进行改性,除了能提高海绵的疏水亲油性,而且其循环利用性能也比较好。

(3)本发明提出的疏水亲油海绵的制备工艺简单,成本低,为其大规模生产利用提供了可能。

附图说明

图1是本发明实施例中商业未处理过的三聚氰胺海绵的SEM图;

图2(a)本发明基于氧化亚铜对三聚氰胺海绵超疏水亲油改性后的SEM图;

图2(b)本发明基于氧化亚铜对三聚氰胺海绵超疏水亲油改性后的局部放大的SEM图;

图3是本发明三聚氰胺海绵及其改性材料在水中的表观状态图;

图4是本发明三聚氰胺海绵及其改性材料在油水混合液中的表观状态图;

图5是本发明基于氧化亚铜疏水亲油改性后的三聚氰胺海绵的接触角示意图;

图6是本发明三聚氰胺海绵及其改性材料对水吸收量随浸泡时间的变化关系示意图。

图7是本发明三聚氰胺海绵及其改性材料对油吸收量随浸泡时间的变化关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体内容作进一步详细说明。

由图1和图2可以看到未处理的三聚氰胺海绵和基于氧化亚铜改性制得的三聚氰胺海绵的SEM表征图,可以看出未处理的三聚氰胺海绵轮廓壁面光滑,基于氧化亚铜改性制得的三聚氰胺海绵的轮廓壁面上复合着很多氧化亚铜颗粒,这说明本发明的氧化亚铜和三聚氰胺海绵复合良好。

由图3可以看到三聚氰胺海绵及其改性材料在水中的表观状态图,未改性的三聚氰胺海绵是沉入水底,基于氧化亚铜改性制得的三聚氰胺海绵漂浮在水面上,这说明本发明的三聚氰胺海绵改性材料具有高的疏水特性。

由图4可以看到三聚氰胺海绵及其改性材料在油水混合液中的表观状态图,未改性的三聚氰胺海绵不吸油直接沉入水底,基于氧化亚铜改性制得的三聚氰胺海绵漂浮在上面,而且吸收了很多油,这说明本发明的三聚氰胺海绵改性材料具有很好的疏水亲油特性。

由图5可以看到基于氧化亚铜疏水亲油改性后的三聚氰胺海绵与水的接触角示意图,基于氧化亚铜疏水亲油改性后的三聚氰胺海绵的接触角为144°,这说明制备的三聚氰胺海绵改性材料具有高的疏水性能。

图6为三聚氰胺海绵及其改性材料对水吸收量随浸泡时间的变化关系示意图,其中取体积相同的两块改性前后的海绵,改性前的海绵质量为0.191g,体积相同的改性后的海绵质量为0.425g,从图中可以看出静置于水中10min之后,三聚氰胺海绵改性前后的吸水量分别为1.759g和0.0012g。实验结果再次表明本发明制备的基于氧化亚铜改性制得的三聚氰胺海绵材料具有高的疏水性能。

图7为三聚氰胺海绵及其改性材料对油吸收量随浸泡时间的变化关系示意图,其中取体积相同的两块改性前后的海绵,改性前的海绵质量为0.191g,体积相同的改性后的海绵质量为0.425g,从图中可以看出静置于油中50min之后,三聚氰胺海绵改性前后的吸油量分别为0.0712g和1.712g。实验结果再次表明本发明制备的基于氧化亚铜改性制得的三聚氰胺海绵材料具有高的吸油性能。

该制备方法具体实现步骤为:

(1)先将市售的三聚氰胺海绵放入烧杯中,加入适量的去离子水,在功率为100-500W的超声波仪中超声清洗30min,重复两次,然后将三聚氰胺海绵置于适量的乙醇中超声清洗30min,再在120℃干燥箱中4小时干燥;

(2)将三聚氰胺海绵装入烧杯,加入适量的乙醇,在功率为100-500W的超声波仪中清洗30min,然后在120℃干燥箱中4小时干燥;

(3)用量筒量取50mL的正己烷作为溶剂,倒入带盖的广口瓶中,加入0.5g的道康宁硅胶,再加入0.1g已经制备合成的氧化亚铜,将广口瓶置于功率为100-500W的超声波仪中超声30min,可以发现整个溶剂均匀的分散着黄色氧化亚铜;

(4)取0.5g干燥后的三聚氰胺海绵置于广口瓶中,将温度控制在40℃,继续超声1小时;

(5)取0.1g的硬化剂置于广口瓶中,在功率为100-500W的超声波仪中继续超市1小时;

(6)停止超声,在室温下放置1小时,将广口瓶中的海绵取出放于培养皿中,在鼓风恒温干燥箱中120℃下4小时硬化干燥,冷却至室温后取出,可以发现白色的三聚氰胺海绵在和氧化亚铜复合后变成了黄色的海绵。

该制备方法采用的是三聚氰胺海绵,并进行了预处理,氧化亚铜复合改性,加热硬化等操作。

所述的用于溢油控制回收的基于氧化亚铜对三聚氰胺海绵超疏水亲油改性的油水分离材料,是通过过接触角测试和油水吸附试验来判断其疏水亲油性能,结合扫描电子显微镜(SEM)来表征改性后三聚氰胺海绵的粗糙度以及表面氧化亚铜的复合情况。

本发明主要是将氧化亚铜和三聚氰胺海绵进行复合来制备具有高疏水亲油性能的海绵,其中选用道康宁硅胶作为粘连剂使氧化亚铜和三聚氰胺海绵复合的更紧密,同时道康宁硅胶也作为改性剂,能进一步提高三聚氰胺海绵的疏水性,同时以正己烷为溶剂,还添加了硬化剂结合加热硬化过程来进一步提高三聚氰胺海绵的机械强度。

本发明用于溢油控制回收的基于氧化亚铜对三聚氰胺海绵超疏水亲油改性的油水分离材料的制备方法为:

先将市售的三聚氰胺海绵放入烧杯中,加入适量的去离子水,在超声波仪中超声清洗,然后将三聚氰胺海绵置于适量的乙醇中超声清洗后再在烘干,然后用量筒量取50mL的正己烷作为溶剂,倒入带盖的广口瓶中,加入0.5g的道康宁硅胶,再加入0.1g已经制备合成的氧化亚铜,将广口瓶置于超声波仪中超声30min,然后取0.5g干燥后的三聚氰胺海绵置于广口瓶中,继续超声1小时,再取0.1g的硬化剂置于广口瓶中,1小时后停止超声,将广口瓶中的海绵取出放于培养皿中,在鼓风恒温干燥箱中120℃下4小时硬化干燥,冷却至室温后取出。

将基于氧化亚铜改性制得的三聚氰胺海绵进行接触角测试,首先将三聚氰胺海绵改性制备材料用剪刀剪成小块,再将海绵块置于不同的玻璃片上,通过加水滴、拍摄、测量得出与水的接触角,三聚氰胺海绵改性后与水的接触角是144°,说明本发明制备的三聚氰胺海绵改性材料具有高的疏水性能。

将基于氧化亚铜改性制得的三聚氰胺海绵进行吸:水实验测试,测试条件为室温下分别将等质量的改性前后的三聚氰胺海绵置于水中,测试不同时间段三聚氰胺海绵对水的吸附能力。取体积相同的两块改性前后的海绵,改性前的海绵质量为0.191g,体积相同的改性后的海绵质量为0.425g,实验结果表明,静置于水中10min之后,三聚氰胺海绵改性前后的吸水量分别为1.759g和0.0012g。实验结果再次表明本发明制备的基于氧化亚铜改性制得的三聚氰胺海绵材料具有高的疏水性能。

将基于氧化亚铜改性制得的三聚氰胺海绵进行吸油实验测试,测试条件为室温下分别将等质量的改性前后的三聚氰胺海绵置于油中,测试不同时间段三聚氰胺海绵对油的吸附能力。有实验结果表明,静置于油中50min之后,三聚氰胺海绵改性前后的吸油量分别为0.0712g和1.712g。

实验结果再次表明本发明制备的基于氧化亚铜改性制得的三聚氰胺海绵材料具有高的吸油性能。



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