推荐一种亲油疏水型纳米棉的改性方法

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如下提供的推荐一种亲油疏水型纳米棉的改性方法,官方小编,为您介绍 一种亲油疏水型纳米棉的改性方法[0001]本发明属于吸油材料和环境保护技术领域,涉及一种可以持续选择性吸油的改性纳米棉吸油材料的制备方法。[0002

如下提供的推荐一种亲油疏水型纳米棉的改性方法,官方小编,为您介绍

一种亲油疏水型纳米棉的改性方法

[0001]本发明属于吸油材料和环境保护技术领域,涉及一种可以持续选择性吸油的改性纳米棉吸油材料的制备方法。

[0002]近年来,随着石油生产和运输的迅猛发展,各种大小规模的溢油事件不断增加,石油泄漏和化学泄漏已成为影响沿海海洋环境和生态系统最重要的因素,给海洋环境带来极大威胁。为了避免原油泄漏对生态系统的不利影响以及油污的长期危害,有必要开发出能有效清理油污的材料。
[0003]吸油材料的发展经历了一个由传统向高性能型演化的过程。最初人们利用海绵、粘土、干草、羽毛、稻草、泥煤苔等物质来吸油,但这些天然的吸油材料吸油效果并不理想,存在许多缺陷。例如,吸油能力差,在油水混合系统中吸油选择性差,吸油饱和后受压容易析油。这样就限制了它们的应用。因此,研宄者们把目光投向了合成吸油材料。
[0004]近年来,海绵吸油改性成为吸油材料研宄领域的新热点。由于海绵具有丰富的三维孔隙,能够储存大量的油。通过一定的吸油改性,可以让海绵具有油水选择性,同时还有较高的吸油倍率。但大多数都集中在聚氨酯海绵上。
[0005]汪勇等人以聚氨酯海绵作为基体,通过原子层沉积在海绵骨架上得到金属氧化物过度层,再将硅烷偶联剂通过氧化物表面的羟基连接到海绵上,得到偶联层,达到疏水改性的目的(汪勇.一种油水分离用海绵的制备方法.中国发明专利.201310482138.5.2013-10-15)。Zhou 等人将 1H, 1H, 2H, 2H-全氟辛基三乙氧基硅烷(PTES)与聚B比略修饰在聚氨醋海绵表面,得到疏水亲油海绵(Zhou.Facile fabricat1nof superhydrophobic sponge with selective absorpt1n and collect1n of oil fromwater.1nd.Eng.Chem.Res.2013, 52, 9411-9416.)。Liu 等人用十二烧二胺与氧化石墨稀反应,再将十二烷二胺改性后的氧化石墨烯附着在聚氨酯海绵上,得到的疏水海绵水接触角高达 159° ο (Liu.Superhydrophobic polyurethane foam modified by graphene oxide.Wiley Per1dicals, Inc.J.Appl.polym.SC1.130:3530-3536,2013.)。总的来说,当前对吸油海绵或吸油泡沫的研宄主要集中于聚氨酯材料,而用纳米棉(密胺树脂海绵)作为基体制备吸油材料的报道较少。纳米棉是一种吸附能力很强的海绵材料,但不具备油水选择性,因此可考虑对其进行改性以提高亲油疏水性,此外,已报道的吸油材料制备方法一般需要多步反应,操作较复杂,成本较高。



[0006]本发明的目的在于提供一种亲油疏水型纳米棉的改性方法,用以提升其油水选择性。
[0007]本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下:一种亲油疏水型纳米棉的改性方法,包括以下步骤:
[0008](I)选择合适的溶剂配制一定浓度的娃烧偶联剂溶液,加入纳米棉材料;
[0009](2)使其充分吸收该溶液,浸泡一段时间后,在高温干燥箱中充分干燥;
[0010](3)取出干燥后的海绵,用溶剂清洗2-4次,置于真空干燥箱干燥至恒重。
[0011]按上述方案,步骤(I)中所述的溶剂是溶解硅烷偶联剂的溶剂,为甲醇、乙醇、乙醚、石油醚、甲苯、正己烷、二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳中的一种或几种。
[0012]按上述方案,步骤(I)所述的硅烷偶联剂含有氯及烃类基团,为甲基三氯硅烷、三甲基氯硅烷、二甲基二氯硅烷、丙基三氯硅烷、三乙基氯硅烷、正辛基三氯硅烷、叔丁基二甲基氯硅烷、三苯基氯硅烷、苯基三氯硅烷和氯(二甲基)苯基硅烷中的一种或几种。
[0013]按上述方案,步骤(I)所述的硅烷偶联剂溶液的质量百分比浓度为0.1%?5.
[0014]按上述方案,步骤(2)所述海绵浸泡时间为5min?30min。
[0015]本发明的反应机理:纳米棉为基体,通过纳米棉与硅烷化试剂间形成的聚硅氧烷层,使改性后材料具有较强的疏水性,从而实现优良的油水选择性,在油水界面会吸油而不吸水;同时利用纳米棉疏松多孔的结构,在连接真空泵后可实现油水界面上的连续吸油。
[0016]本发明具有以下优点:
[0017](I)选用内部孔隙度高的纳米棉作为反应基体,使改性后的吸油材料具有良好的保油能力;
[0018](2)改性前无需对纳米棉进行预处理;
[0019](3)改性后制得的吸油海绵仍具有海绵的弹性,可直接接于泵上回收漏油,而不吸水,使用方便;
[0020](4)制得的海绵连续吸油性提高,可多次循环使用,提高了海绵的可重复利用性;
[0021](5)海绵改性制备过程操作简单,反应条件温和。
[0022]说明书附图
[0023]图1为实施例1得到的改性纳米棉(a)与未改性纳米棉(b)的光学显微镜照片;
[0024]图2为实施例2得到的改性纳米棉与未改性纳米棉浸没于水中1s之后的状态对比图;
[0025]图3为实施例3得到的改性纳米棉与未改性纳米棉在表面滴一滴水1min之后的状态对比图;
[0026]图4为实施例4得到的改性纳米棉在油水界面上吸油不吸水的过程图;
[0027]图5为实施例4得到的改性纳米棉连接真空泵后的持续吸油过程图。

[0028]下面通过实施例对本发明做进一步详细的说明,本发明所使用的材料、试剂等如无特别说明,均可从商业途径得到。
[0029]实施例1
[0030]配制浓度为5.0%的丙基三氯硅烷的甲苯溶液,将纳米棉浸于上述溶液中,使其充分吸收并浸泡5min,取出海绵挤干,在高温干燥箱中充分干燥,取出,用三氯甲烷清洗3次,挤干,置于真空干燥箱干燥至恒重。
[0031]从图1(a)中可以看到海绵的网状结构骨架上有凹凸不平的聚硅氧烷层。聚硅氧烷层很薄,在保留纳米棉多孔性的同时提高了其油水选择性;(b)图为未改性纳米棉,呈现多孔的网状结构。
[0032]实施例2
[0033]配制浓度为0.5%的三甲基氯硅烷的乙醚溶液,将纳米棉浸于上述溶液中,使其充分吸收并浸泡20min,取出海绵挤干,在高温干燥箱中充分干燥,取出,用乙醇清洗3次,挤干,置于真空干燥箱干燥至恒重。
[0034]图2中烧杯内的两个白色立方块,左边为改性纳米棉,右边为未改性纳米棉。将其分别浸没于相同体积水中后,未改性纳米棉快速完全沉于水底,改性后的纳米棉可长时间完全浮于水面,表明其疏水性得到了显著提高。
[0035]实施例3
[0036]配制浓度为0.1%的二甲基二氯硅烷的正己烷溶液,将纳米棉浸于上述溶液中,使其充分吸收并浸泡lOmin,取出海绵挤干,在高温干燥箱中充分干燥,取出,用石油醚清洗4次,挤干,置于真空干燥箱干燥至恒重。
[0037]图3中两个白色立方块,左边为改性纳米棉,右边为未改性纳米棉。在纳米棉表面滴一滴被墨水染为蓝色的水滴,在改性纳米棉表面水滴能够保持球状,且1min过后亦变化不大,而未改性纳米棉上的水滴则被吸入到纳米棉中迅速消失。改性后的纳米棉相较于未改性的纳米棉,其疏水性得到了显著提升。
[0038]实施例4
[0039]配制浓度为1.0%的甲基三氯硅烷的正己烷溶液,将纳米棉浸于上述溶液中,使其充分吸收并浸泡30min,取出海绵挤干,在高温干燥箱中充分干燥,取出,用二氯甲烷清洗2次,挤干,置于真空干燥箱干燥至恒重。
[0040]如图4,在烧杯中加入一定量水及苏丹红III标记的柴油(上层,显红色),将改性纳米棉浸入该混合体系中,可观察到柴油层高度降低直至完全消失,纳米棉变红,而水层高度基本没有变化。由此可见改性纳米棉在油水混合界面能选择性吸油。
[0041]如图5,将改性纳米棉通过玻璃管连接真空吸收装置,并将改性纳米棉置于水及苏丹红III标记过的柴油界面上,真空泵开启后,可观察到柴油被改性纳米棉吸收并被抽到玻璃管中,一段时间后柴油被吸净,烧杯中水层高度保持基本不变。这说明该材料除具有一定的储油能力外,还具有持续吸油的能力。
[0042]实施例5
[0043]配制浓度为0.5%的三苯基氯硅烷的乙醇溶液,将纳米棉浸于上述溶液中,使其充分吸收并浸泡5min,取出海绵挤干,在高温干燥箱中充分干燥,取出,用正己烷清洗4次,挤干,置于真空干燥箱干燥至恒重。
[0044]实施例6
[0045]配制浓度为2.0%的正辛基三氯硅烷的三氯甲烷溶液,将纳米棉浸于上述溶液中,使其充分吸收并浸泡20min,取出海绵挤干,在高温干燥箱中充分干燥,取出,用甲苯清洗2次,挤干,置于真空干燥箱干燥至恒重。
[0046]实施例7
[0047]配制浓度为3.0%的三乙基氯硅烷的甲醇溶液,将纳米棉浸于上述溶液中,使其充分吸收并浸泡5min,取出海绵挤干,在高温干燥箱中充分干燥,取出,用甲醇清洗4次,挤干,置于真空干燥箱干燥至恒重。
[0048]实施例8
[0049]配制浓度为4.0%的苯基三氯硅烷的四氯化碳溶液,将纳米棉浸于上述溶液中,使其充分吸收并浸泡20min,取出海绵挤干,在高温干燥箱中充分干燥,取出,用四氯化碳清洗3次,挤干,置于真空干燥箱干燥至恒重。

1.一种亲油疏水型纳米棉的改性方法,包括以下步骤: (1)选择合适的溶剂配制一定浓度的娃烧偶联剂溶液,加入纳米棉材料; (2)使其充分吸收该溶液,浸泡一段时间后,在高温干燥箱中充分干燥; (3)取出干燥后的海绵,用溶剂清洗2-4次,置于真空干燥箱干燥至恒重。2.根据权利要求1所述的亲油疏水型纳米棉的改性方法,其特征在于,步骤(I)中所述的溶剂是溶解硅烷偶联剂的溶剂,为甲醇、乙醇、乙醚、石油醚、甲苯、正己烷、二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的亲油疏水型纳米棉的改性方法,其特征在于,步骤(I)所述的硅烷偶联剂含有氯及烃类基团,为甲基三氯硅烷、三甲基氯硅烷、二甲基二氯硅烷、丙基三氯硅烷、三乙基氯硅烷、正辛基三氯硅烷、叔丁基二甲基氯硅烷、三苯基氯硅烷、苯基三氯硅烷和氯(二甲基)苯基硅烷中的一种或几种。4.根据权利要求1所述的亲油疏水型纳米棉的改性方法,其特征在于,步骤(I)所述的硅烷偶联剂溶液的质量百分比浓度为0.1%?5.0%。5.根据权利要求1所述的亲油疏水型纳米棉的改性方法,其特征在于,步骤(2)所述海绵浸泡时间为5min?30min。
本发明涉及一种可以持续选择性吸油的改性纳米棉吸油材料的制备方法,包括以下步骤:(1)选择合适的溶剂配制一定浓度的硅烷偶联剂溶液,加入纳米棉材料;(2)使其充分吸收该溶液,浸泡一段时间后,在高温干燥箱中充分干燥;(3)取出干燥后的海绵,用溶剂清洗2-4次,置于真空干燥箱干燥至恒重。本发明具有以下优点:选用内部孔隙度高的纳米棉作为反应基体,使改性后的吸油材料具有良好的保油能力;改性前无需对纳米棉进行预处理;改性后制得的吸油海绵仍具有海绵的弹性,可直接接于泵上回收漏油,而不吸水,使用方便;制得的海绵连续吸油性提高,可多次循环使用,提高了海绵的可重复利用性;海绵改性制备过程操作简单,反应条件温和。
C08J9/40, C08L61/28
CN104987528
CN201510366736
吴江渝, 高慧敏, 袁琴, 鄢国平, 郭庆中, 杜飞鹏
武汉工程大学
2015年10月21日
2015年6月29日

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