[发明专利]一种油水分离用海绵的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种油水分离用海绵的制备方法，尤其涉及一种可重复使用的、低成本、油水分离用高吸油海绵的制备方法。

背景技术

海洋、河流和湖泊等水体由于事故、航运等造成的油性物质的泄漏和污染频繁发生，严重影响生态环境和生产、生活用水安全。处理溢油事故的多孔材料从材质上主要可分为多孔高分子物质和多孔碳材料。吸油多孔高分子物质包括天然高分子物质，如米糠、秸秆等，以及人工合成的专用吸油树脂产品。天然高分子材料可就地取材，成本低廉，但吸油容量和吸油速度很差，不能用作快速、大容量的应急处理。文献中也有较多的关于吸油高分子材料的报道，如意大利的Fragouli等人以商业化聚氨酯海绵为起始材料，经在海绵表面修饰磁性氧化铁和疏水聚四氟乙烯纳米颗粒，赋予海绵憎水性和亲油性。磁性颗粒的引入使得可在磁场的作用下将海绵驱动至水面溢油处。制得的改性海绵能吸收自重约12倍的油类物质，但改性需要使用两种纳米颗粒，不仅工艺较为复杂，颗粒在海绵使用过程中会脱落，而且成本较高（Calcagnile,P.;Fragouli,D;Bayer,I.S.;Anyfantis,G.C.;Martiradonna,L.;Cozzoli,P.D.;Cingolani,R.;Athanassiou,A.Magnetically driven floating foams for the removal of oil contaminants from water.ACS Nano2012,6,5413-5419.）。Zhang 等将1H,1H,2H,2H-全氟辛基三乙氧基硅烷（PTES）与聚吡咯修饰于商业化的海绵表面，也得到疏水亲油海绵，能吸收20-30倍自重的多种油类，但吸附量提高不明显（Zhou,X.Y.;Zhang,Z.Z.;Xu,X.H.;Men,X.H.;Zhu,X.T.Facile fabrication of superhydrophobic sponge with selective absorption and collection of oil from water.Ind.Eng.Chem.Res.2013,52,9411-9416.）。如Gui等以二茂铁、二氯苯做为前驱体和碳源，利用化学气相沉积技术制备了碳纳米管泡沫。该碳纳米管泡沫初次使用时，对油类的吸附量可达到自重的120倍，但是经10次挤压再生海绵后，由于多孔结构被破坏、坍塌，吸油倍率骤降至自重的20倍左右（Gui,X.C.;Li,H.B.;Wang,K.;Wei,J.Q.;Ji,Yi.;Li,Z.;,Fan,L.L.;Cao,A.Y.;Zhu,H.W.;Wu,D.H.Recyclable carbon nanotube sponges for oil absorption.Acta Materialal2011,59,4798-4804.）。基于碳泡沫的吸油材料存在以下两个主要问题：(1)成本高昂，缺乏规模化应用前景；（2）弹性较差，不能多次重复使用。

发明内容

本发明是要解决现有聚氨酯海绵改性效果差，对油类吸附量低、吸附时间较长、循环使用效率差等缺点，提供一种油水分离用海绵的制备方法。

一种油水分离用海绵的制备方法，其具体步骤如下：

a.利用原子层沉积技术在聚氨酯海绵表面沉积一层金属氧化物；采用金属盐或者金属有机物、去离子水分别为第一、第二前驱体，高纯氮气或者氩气作为载气与清扫气；两种前驱体脉冲时间均为0.015-0.1s，前驱体暴露时间与清扫时间分别为10-30s；将聚氨酯海绵放入ALD反应腔中，并加热反应腔温度至60-80℃；沉积次数为10-100次；

b.在经氧化物沉积后的聚氨酯海绵浸没于质量浓度为0.5-5%的偶联剂溶液中，控制温度对经氧化物沉积后的聚氨酯海绵表面进行偶联处理，使其具有疏水亲油特性，干燥制得油水分离用海绵。

优选步骤a中所述的金属盐或者金属有机物为四氯化钛、三甲基铝或二甲基锌。

优选步骤b中所述的偶联剂溶液中的偶联剂为KH550、KH570或KH792；溶剂为水、甲醇、异丙醇、乙醇或者是乙醇与水的混合溶液，其中乙醇与水的混合溶液中水的质量百分数为1-99%。

优选步骤b中偶联处理温度为25-70℃，偶联处理时间为1-24h。

本发明所制备的改性海绵适用于油类及有机溶剂与水的分离。

有益效果：