[发明专利]一种可用于油水分离的磁性超疏水淀粉基气凝胶的制备方法

说明书

本发明公开了一种可用于油水分离的磁性超疏水淀粉基气凝胶的制备方法，属于油水分离领域。本发明将酶解回生法制备的纳米淀粉进行十六烷基三甲氧基硅烷修饰，以此作为超疏水涂层，再对快速共沉淀法制备的Fe₃O₄磁性纳米粒子的表面先后进行正硅酸乙酯和KH560硅烷偶联剂修饰，将该修饰后形成的壳‑核结构磁性纳米粒子与淀粉复合制备磁性淀粉基气凝胶，最后将超疏水涂层悬液喷涂至气凝胶表面，制得磁性超疏水淀粉基气凝胶。本发明的磁性超疏水淀粉基气凝胶显示出优异的水油选择吸收性，即油水分离特性，可在磁场引导下进行远程控制的浮油吸收，并可在吸油结束后用磁铁吸附回收，显示出可应用于海洋漏油清理的巨大潜力。

技术领域

本发明涉及一种可用于油水分离的磁性超疏水淀粉基气凝胶的制备方法，属于油水分离领域。

背景技术

石油是日常生活和生产的必要能源用油，但近些年频发的海洋溢油事故也引起了人们的关注。泄露石油中含有苯和甲苯等有毒化合物，这些物质会在海流与海浪的作用下迅速在海洋系统中扩散，对低等藻类至高等哺乳动物均造成严重的毒害，同时也会为人类社会带来巨大的经济和能源损失。在众多清理溢油的传统油水分离方法中，物理吸附剂具有相对较低的成本和便捷的可操作性而被广泛使用。然而，传统的物理吸附剂疏水性能不高，水油分离效率低，并且难以在海上进行便捷操控和回收利用。因此，开发具有高度水油选择性的智能吸附剂是被迫切需要的。

低密度高比面积的多孔材料是常用的吸油剂，而淀粉分子可在无交联剂的环境中形成网络状凝胶结构，并通过不同的干燥方法，该凝胶可被转化成各种多孔的淀粉基吸附材料，一般将这类材料统称为淀粉基气凝胶。现有研究报道了淀粉基气凝胶在吸油方面的应用(Carbohyd.Polym.2011,86,1181-1186)，但普通的淀粉基气凝胶对油和水显示无选择性的吸收，这不利于油水分离的实现。

近年来，受荷叶型仿生结构的启发，从降低表面能与构筑多层次微纳粗糙结构两个方面出发赋予吸附剂超疏水特性，进而实现高效的水中除油。然而，目前还未见超疏水淀粉基气凝胶相关技术开发和研究的报道。另外，可对外界磁场产生响应的磁性吸附剂，因其可被远程操控和回收，受到了广泛的关注。例如，中国发明专利CN 111589186 A报道了一种使用纳米Fe3O4复合的磁性超疏水聚氨酯海绵，不但实现了油水分离，还提升了聚氨酯海绵的可回收性。

因此，开发一种磁性超疏水淀粉基气凝胶以实现远程操控的油水分离和便捷回收具有非常重要的应用价值。

发明内容

[技术问题]

已有研究报道淀粉基气凝胶具有良好的吸油性能，但是其不具有水油选择性吸收能力，不能实现高效的油水分离。另外，吸附剂的远程控制和回收性问题一般可通过复合纳米磁性粒子进行解决，但磁性粒子间倾向于自聚集，在淀粉溶液中存在分散性差的问题。这些不足限制了磁性淀粉基气凝胶的开发及其在海上漏油清理中的应用。

[技术方案]

为了解决上述存在的不足，本发明采用十六烷基三甲氧基硅烷修饰酶解回生制备的纳米淀粉，以此作为涂层赋予淀粉基气凝胶超疏水性。此外，本发明采用正硅酸乙酯与KH560硅烷偶联剂对Fe₃O₄纳米粒子先后进行表面修饰，使其可被均匀分散于淀粉溶液中，从而进一步赋予淀粉基气凝胶磁性。通过这样的方法制备得到的磁性超疏水淀粉基气凝胶能够解决水面漏油清理，净化水质等问题。

本发明的第一个目的是提供一种制备磁性超疏水淀粉基气凝胶的方法，包括如下步骤：

(1)疏水悬液的制备：

在含有十六烷基三甲氧基硅烷和氨水的乙醇溶液中加入纳米淀粉，混合均匀，得到疏水悬液；

(2)磁性淀粉基气凝胶的制备：