[发明专利]一种超耐用疏水性三维多孔油水分离海绵材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种超耐用疏水性三维多孔油水分离海绵材料及其制备方法和应用，该材料的制备方法包括：先将甲基三氯硅烷溶液溶解于有机溶剂中，再加入聚二甲基硅氧烷，得到混合溶液；将海绵材料浸泡于混合溶液中，至海绵材料完全被浸湿；取出海绵材料，进行固化处理，得到超耐用疏水性三维多孔油水分离海绵材料。本发明将甲基三氯硅烷和聚二甲基硅氧烷应用于油水分离海绵材料中，在保留甲基三氯硅烷海绵材料所具有的高疏水性的同时，还能够利用聚二甲基硅氧烷将聚二甲基硅氧烷包裹固化在海绵结骨架结构中，提高了海绵材料的机械耐久性，从而进一步改善PDMS@MTS海绵材料在实际油品回收中的持续性油水分离能力。

技术领域

本发明涉及环境保护和油品回收技术领域，尤其涉及一种超耐用疏水性三维多孔油水分离海绵材料及其制备方法和应用。

背景技术

1989年的埃克森.瓦尔迪兹石油泄漏事故以及2010年美国墨西哥湾海上原油泄漏事故都给当地的海洋生态环境系统造成了长久难以恢复的破坏。此外，各类化工厂，皮革厂和纺织厂等行业每天产出大量的含油废水，给周围的淡水资源也造成了严重的破坏。过去，人们处理这些含油污水的方法有：重力分离、过滤、离心、浮选、燃烧、物理吸附、化学分离以及生物降解等，但这些方法除油效率低、成本高、还容易造成二次污染，更重要的是无法选择性地从水中回收石油资源。因此，研究和开发新的高效的除油材料与除油技术已经成为目前亟待解决的问题。

受到自然界如荷叶、水稻叶、水蝇、蝴蝶翅膀等动植物的启发，很多研究者制备出具有特殊浸润性的材料以用于选择性的油水分离。截止到目前，主要有超疏水/超亲油和超亲水/超疏油两类特殊浸润性仿生材料被成功地设计、制造并应用于油水分离领域。在众多的分离材料中，以三维多孔吸收分离材料最受人们的关注，因为这种材料一般制备工艺简单，吸收能力强，油水分离性能好。

通常制备超疏水/超亲油材料的方法有两种：1.在本身具有疏水性的材料表面构造合适的粗糙度；2.在具有粗糙结构的材料表面修饰低表面能化学物质。基于这两个基本原则，大量的智能仿生超疏水材料被研究和制备。

最近几年，研究者们尝试使用MTS，PDMS去制备一些超疏水-超亲油三维多孔材料，因为他们具有杰出的油吸附能力。Zhu等人使用聚氨酯海绵为基质，采用一步浸没法(one-step solution immersion)将MTS表面及骨架结构中，从而制备出具有超疏水性能的3D海绵结构。这种典型的使用含硅物质制备的疏水海绵具有很多的优势，如超强的吸附能力和超高的选择性。此外，尽管他们声称，这种海绵具有绝佳的弹性，良好的机械稳定性和化学稳定性；但是，由于MTS水解产生的甲基硅酸与海绵只通过键合作用结合在一起，在强烈的机械作用力下，起到疏水作用的甲基硅酸粉末十分容易脱落。Wang等人利用简单的水热反应和PDMS修饰工艺，制备了一种具有“荷叶效应”的低成本、环保的碳质吸油剂，该吸油材料以纯植物为基质，使用PDMS为疏水涂层的做法符合环境保护和能源节约的需求，但在实际的使用中这种碳气凝胶材料还是不易放大，且易发生破碎。Choi等人直接提出了一种糖模板聚二甲基硅氧烷(PDMS)海绵，用于从水中选择性吸收油；制备出的PDMS海绵具有很好的弹性和形变能力，能够很好地应对外界的机械作用力，但是由单纯的PDMS制备出的海绵制备过程相对复杂，吸附能力较低，不适宜将其放大运用到实际的油水分离中。

发明内容

本发明提供了一种超耐用疏水性三维多孔油水分离海绵材料及其制备方法和应用，该超耐用疏水性三维多孔油水分离海绵材料具有较好的疏水性、机械耐久性以及较强的油水分离能力。

具体技术方案如下：

一种超耐用疏水性三维多孔油水分离海绵材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)先将甲基三氯硅烷溶液溶解于有机溶剂中，再加入聚二甲基硅氧烷，拌匀后，得到混合溶液；

所述混合溶液中甲基三氯硅烷的体积分数为0.5～3％，聚二甲基硅氧烷的质量浓度为2～6％；