[发明专利]具有电热转换能力高疏水性木质海绵及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了具有电热转换能力高疏水性木质海绵及其制备方法和应用。该木质海绵的制备方法是先将低密度轻木先后浸入次氯酸钠溶液和氢氧化钠溶液中进行处理以分别除去木质素和半纤维素，构造出纵向的孔道结构；将化学处理后的轻木进行冷冻干燥，然后放入氧化石墨烯和抗坏血酸的水溶液中浸泡10‑60min，取出后在150‑200℃的温度下放置2‑6h使轻木骨架表面附着的氧化石墨烯发生热还原；最后，将处理后的轻木放入氟硅烷的乙醇溶液中浸泡6‑24h，取出后干燥即得高疏水性木质海绵，其水接触角达到145°，并具有良好的电热转换能力，可用于从水中分离高粘度的原油。

技术领域

本发明涉及一种油水分离疏水材料，具体涉及一种具有电热转换能力高疏水性木质海绵及其制备方法和应用。

背景技术

近些年，工业废水排放和海洋原油泄露事件的频繁发生，不仅使生态环境受到的严重破坏，而且也造成了大量的资源浪费。为了促进现代社会的可持续性发展，如何实现有效的油水分离已成为当前研究的热点之一。受自然界中荷叶效应的启发，科研工作者设计并开发出许多疏水性和超疏水性材料，将其应用与油水分离，取得了较好的效果。例如，Wang等人采用有机溶剂热生长技术制备了一种基于石墨烯气凝胶/氧化铁/聚苯乙烯的高疏水性复合材料，其水接触角达到142.2°，油水分离效率达到99.7％(Zhou S,Jiang W,Wang T,et al.Highly hydrophobic,compressible,and magnetic polystyrene/Fe₃O₄/graphene aerogel composite for oil–water separation.IndustrialEngineeringChemistry Research,2015,54,5460-5467)。此外，Li等人采用浸泡法制备了一种在骨架表面附着有改性凹凸棒黏土的超疏水聚氨酯海绵，其油水分离效率达到99.8％(Li J,Xu C,Zhang Y,et al.Robust superhydrophobic attapulgite coated polyurethane spongefor efficient immiscible oil/water mixture and emulsion separation.Journal ofMaterials Chemistry A,2016,4,15546-15553)。然而，这些疏水和超疏水材料只能用于从水中分离低粘度的油和有机溶剂。当利用这些材料分离水中高粘度的原油时，由于原油流动性差，易于堵塞材料通道，使其实际应用受到了限制。因此，开发一种能够用于分离高粘度原油的疏水性材料具有更为重要的实际应用价值。

发明内容

本发明针对目前疏水和超疏水材料难以从水中分离高粘度原油的缺陷，提供一种具有电热转换能力高疏水性木质海绵及其制备方法，所得木质海绵的水接触角达到145°，且具有出色的电热转换能力，在低电压作用下能够从水中连续分离高粘度原油。

本发明采用浸泡法，选用低密度轻木(也叫巴沙木)为基材，先将其放入次氯酸钠溶液中浸泡除去木质素，再放入氢氧化钠溶液中除去半纤维素，从而构造出具有纵向孔道结构和明显粗糙度的轻木；将化学处理后的轻木水洗并冷冻干燥，接着放入氧化石墨烯和抗坏血酸的水溶液中浸泡，在轻木骨架表面附着一层氧化石墨烯，然后在一定温度下进行热处理，使轻木骨架表面附着的氧化石墨烯层发生热还原，赋予轻木良好的电热转换能力；最后，将热处理后的轻木放入氟硅烷的乙醇溶液中浸泡，使氟硅烷的烷氧基水解生成羟基并与石墨烯层上残余的羟基发生缩合反应，从而在石墨烯层上接枝上氟硅烷，进一步降低其表面能，从而制备出具有良好电热转换能力和疏水性的木质海绵。在进行从水中分离高粘度原油时，本发明所制备的木质海绵在低电压作用下，其骨架表面的石墨烯层可迅速将电能转化为热能，使其周围的高粘度原油的粘度下降，流动性提高；同时，在真空水泵的辅助作用下，利用木质海绵良好的疏水性和纵向孔道结构，可以连续地将高粘度原油从水中分离出来。

本发明的目的通过如下技术方案实现：