[发明专利]一种疏水亲油柔软气凝胶块体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及气凝胶，尤其是涉及一种疏水亲油柔软气凝胶块体及其制备方法。

背景技术

随着工业化程度的提高，石油成为当今世界最重要的能源，维系了人类社会赖以生存和发展的物质基础。石油的需求量一直在不断增加，石油开采公司开始将目光海洋中的丰富石油，但大范围开发海洋石油的同时，漏油事件随之而来，如2009年发生的“墨西哥湾漏油事件”、还有2011年发生在中国大连的“康菲中国漏油事件”。漏油事件破坏海洋生态平衡的事实有目共睹。原油中含有的烷烃、环烷烃、芳香烃等有机物将污染海水水质。原油的密度小于水，往往悬浮在海水表面，在海面上扩散形成油膜阻碍光的透过，影响海洋浮游生物生长。在污染区域的鱼类因鱼鳃上沾附原油将窒息死亡，这造成鱼类数量迅速减少。石油也会粘在水鸟的羽毛上，不仅影响其飞翔，也会使水鸟羽毛丧失防水及保温功能导致其死亡。此外石油泄漏的发生也破坏了海滨风景，影响海滨旅游业的发展。

因此石油污染防治意义深远，无数研究者们在努力探索。实际操作中，除控制污染源，防止意外事故发生外，对已经泄露的石油一般是先围栏再处理，而在物理、化学、生物等技术中，采用吸附物质回收具有高效、快速、低费用等优点。应用中的吸附材料包括以下几种：

(1)珍珠岩、火山石、硅藻土及各种粘土等无机材料，价格相对便宜，来源丰富，但吸附率较低，而且该类材料大部分是颗粒状的，运输、使用和回收都有一定的困难。

(2)稻草、玉米芯、稻壳、木屑等有机吸附材料由于密度较小，易运输而常被用于石油泄漏。这些材料能吸附自重3～10倍的石油，但在吸附石油的同时也会吸附海水，导致材料在水中下沉，难以收集。

研究者致力于寻找一种能高效吸附水中油类的新型材料。SiO₂气凝胶基本上由空气组成、密度很低，可以漂浮在水面上，吸收油脂的能力比其他物质都高，且有利于吸附同处在水面上的原油，尤其是疏水改性后的气凝胶(如中国专利CN97195616.2)，其亲油基团更有利于有机物质的吸附。但普通气凝胶的机械性能较差，有着固有的脆性，而且改性步骤繁琐，都使气凝胶材料在石油污染的实际应用中受到限制。

中国专利CN201110118807.1公开一种以甲基三乙氧基硅烷为前驱体，甲醇为反应溶剂，草酸和氨水溶液为反应催化剂，超临界干燥制备得到块状二氧化硅气凝胶。这种气凝胶具有一定的弹性，而且本身就有疏水亲油的特点，但制备时间较长，制备得到的气凝胶不能任意弯曲。如何进一步增强气凝胶的疏水亲油性能，柔软度及骨架强度受到关注。

发明内容

本发明的目的在于提供一种疏水亲油柔软气凝胶块体及其制备方法。

所述疏水亲油柔软气凝胶块体为二甲基二乙氧基硅烷和前驱体甲基三乙氧基硅烷的复合物。

所述疏水亲油柔软气凝胶块体的密度为0.056～0.072g/cm³，有机溶剂吸附率为1280～1430％。

柔软气凝胶块体的有机溶剂吸附率计算方法为：取一定质量的柔性气凝胶(m₁)，浸入有机溶剂中20min后取出。此时气凝胶的网络孔洞中充满了有机溶剂，用滤纸吸收表面多余溶剂后，称量吸附后气凝胶的重量(m₂)。

吸附率(％)＝(m₂-m₁)×100/m₁

所述疏水亲油柔软气凝胶块体的制备方法，包括以下步骤：

1)将二甲基二乙氧基硅烷、前驱体甲基三乙氧基硅烷、醇溶液、表面活性剂和水混合，再分别加入酸催化剂和碱催化剂后得到溶胶；

2)将步骤1)得到的溶胶倒入密封容器，放置后得到凝胶；

3)将步骤2)得到的凝胶用醇溶液浸泡老化，去除表面活性剂，以加强凝胶的骨架强度，置换出凝胶中的水，减少干燥时对骨架的破坏，得湿凝胶；

4)将老化后的湿凝胶放入反应釜中干燥，即得疏水亲油柔软气凝胶块体。

在步骤1)中，所述二甲基二乙氧基硅烷与前驱体甲基三乙氧基硅烷的摩尔比可为(0.8～1.2)∶1；所述醇溶液可选自甲醇、乙醇、异丙醇等中的一种；所述表面活性剂可选自十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵等中的一种；所述酸催化剂可选自盐酸、醋酸、草酸等中的一种；所述碱催化剂可选自氨水等；按摩尔比，(二甲基二乙氧基硅烷和前驱体甲基三乙氧基硅烷)∶醇溶剂＝1∶(1～8)；所述水解的时间可为2～24h。