[发明专利]类软糖状聚硅氧烷吸附材料及其表面改性海绵的制备与应用

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种类软糖状聚硅氧烷疏水材料的可控制备及其以海绵为载体的制备方法，具体涉及一种聚硅氧烷疏水材料的一步合成方法以及以聚氨酯海绵为载体的复合材料的制备及其在水处理方面的应用，属于环境净化材料技术领域。

背景技术

随着经济的快速发展，原油的开采、加工、运输以及各种炼制油的大量使用，导致大量油品进入水体，污染、毒害水产资源，恶化生存环境，危害人类健康。鉴于含油废水的污染性，我国规定含油废水最高允许排放浓度为10 mg/L。因此，随着水资源短缺和污染的加剧，含油废水的综合治理亦成为目前迫切需要探索、研究的课题。

处理含油废水的方法有很多，包括物理法、化学法、微生物法、湿式氧化、超声波分离法等。中等和高浓度的含油水经过重力分离、气浮、混凝等工艺处理后基本上可以驱除浮油和分散油，但是乳化油和溶解油仍稳定存在，其中乳化油的去除是含油废水治理的重点和难点，对于石油废水，这种状态的油品含量占60~80 %；油品在水中的溶解度比较低，一般每升只有几毫克，这部分溶解油很难从水中分离出来。采用吸附法或膜分离法可对含乳化油和溶解油的废水进行深度处理，其中吸附法由于占地面积小、使用范围宽，作为含油废水的深度处理工艺具有其独特的优势。

目前，最常见的吸附材料是多孔碳或活性碳，但是其存在如下缺点：(1)吸附容量较低，对油及有机溶剂的吸附量一般只有1-3倍(重量比)；(2)选择性差，虽然活性碳或多孔碳都可以吸附油或有机溶剂，但同时它也对水具有一定的吸附能力，因此用于油(有机溶剂)/水分离时并不理想。(3)动力学吸附性能差，达到吸附平衡时间较长。近年来，具有疏水表面以及超疏水表面(水的接触角大于150度)的吸附材料应用于油(非极性有机溶剂)/水分离的相关研究报导引起了人们的重视，疏水材料表面由于其特殊的粗糙结构和低表面能，在自清洁、防冻、防腐蚀、油水分离等领域具有广阔的应用前景。目前，研究者在疏水领域获得了很多成果，已经制备出了众多性能优异的疏水表面，如，金属氧化物纳米线（如锰），生物质纳米纤维（如纤维素），有机聚合物（如聚酯，聚二乙烯基苯、聚噻吩），超疏水大孔气凝胶，聚二甲基硅氧烷或氟碳负载材料，或设计粗糙表面(通过刻蚀)技术来提高表面疏水性。不过在实际应用中，仍有很多亟待解决的问题。如，反应复杂，时间长，试剂和设备成本高；一些已有的制备方法只适用于实验室的特定条件，无法得到大面积的超疏水表面，实用性较差；疏水表面的热稳定性也受组成材料的影响。选择合适的反应底物，开发操作方便、重复性能好、整体块状超疏水材料的制备方法，得到热稳定性优良的超疏水表面很有必要。

基于此，本发明提供了一种对水体中油或非极性有机溶剂具有选择性吸附/分离性能的疏水性聚硅氧烷类软糖材料和以其前驱体溶胶为修饰剂改性的聚氨酯海绵吸附材料。类软糖聚硅氧烷材料具有较好的耐候性和热稳定性，因其性软，所以可以通过简单挤压实现重复利用。通过简单的溶胶浸渍手段，将疏水性聚硅氧烷前驱体掺杂在聚氨酯海绵表面，可以制备出具有强疏水性能的海绵吸附材料，一方面对水体中的油及非极性溶剂具有选择性吸附的能力（只吸附油或非极性溶剂，不吸附水），可以实现油水混合物的快速分离；同时减少了聚硅氧烷前驱体的用量，具有经济、方便操作等优点。

发明内容

本发明的目的就是提供一种对水体中油或者非极性有机溶剂具有选择性吸附/分离性能的疏水性聚硅氧烷和改性后的强疏水海绵吸附材料及其制备方法。具体方案如下：

类软糖状聚硅氧烷吸附材料及其表面改性海绵的制备方法，按照下述步骤进行：

（1）    乙酸溶液（5mM）的配置；（2）尿素(100g/L)，表面活性剂 (16g/L)的称量及溶

液配制；（3）将步骤（1）中配置好的溶液加入到步骤（2）中并混合均匀（两种溶液的体积比是10:3）；（4）将三官能团硅烷和两官能团硅烷定量加入到步骤（3）所得的混合溶液中；（5）溶液搅拌均匀澄清后转移到容器中，干燥后即得到类软糖状聚硅氧烷疏水材料；（6）将表面处理过的市售具有开孔结构的聚氨酯普通海绵，浸渍在步骤（4）所得的混合溶液中，排除聚氨酯海绵中游离的溶胶，干燥后得到以海绵为载体的聚硅氧烷吸附材料。

上述方法中，步骤（1），（2）中的溶液配制过程中所采用的溶剂水要预先处理，具体可以通过通入惰性气体或者加热煮沸后快速冷却的方式。

上述方法中，步骤（2）中的表面活性剂可以为十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵中的一种。