[发明专利]一种中空管状吸油材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种吸油材料，特别是一种中空管状吸油材料及其制备方法。

背景技术

近年来，石油泄漏事故频繁发生，造成海洋、河流严重污染。工业油性有机溶剂及其污水、废弃液给水生动植物和人类带来灾难性的危害，需要回收处理。为了解决这一环境问题，人们正致力于研究能够满足废油回收要求的新材料、新方法(Shannon MA,Bohn PW,Elimelech M,Georgiadis JG,Marinas BJ and Mayes AM.Science and technology for water purification in the coming decades[J].Nature,2008,452(7185),301-310)。石墨烯具有单原子层紧密堆积的二维晶体结构，单层石墨烯易折叠在其表面形成微小突起，使得石墨烯具有比表面积大、疏水性强等特点。研究人员利用石墨烯这一优良的特性，将其应用在吸油领域，开发了许多石墨烯基吸油材料(Zhang X,Wan S,Pu J,Wang L,Liu X.Highly hydrophobic and adhesive performance of graphene films[J].Journal of Materials Chemistry,2011,21(33),12251-12258)。Nguyen等将石墨烯涂覆于三聚氰胺海绵，制得的石墨烯基海绵具有良好的吸附能力和油水选择性，其吸附量可达自重165倍(Nguyen DD,Tai N-H,Lee S-B,Kuo W-S.Superhydrophobic and superoleophilic properties of graphene-based sponges fabricated using a facile dip coating method[J].Energy&Environmental Science,2012,5(7),7908-7912)。Gao等将氧化石墨烯和碳纳米管溶液通过冷冻干燥成型，再用肼还原得到碳气凝胶并对其进行测试。研究发现，制得的碳气凝胶对不同的油品具有良好的吸收效果(Sun H,Xu Z,and Gao C.Multifunctional,Ultra-Flyweight,Synergistically Assembled Carbon Aerogels[J].Advanced Materials,2013,25(18),2554-2560)。石墨烯基吸油材料具有很强的疏水性和超强的亲油性，可以很好地实现油水混合物的分离，但存在着成本较高、使用寿命短和无法连续运行等缺点。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种中空管状吸油材料及其制备方法，该方法操作简单，制得的中空管状吸油材料不仅成本低廉，还能实现油品的连续吸附，提高油水分离效率。

为此，本发明的技术方案如下：

一种中空管状吸油材料，芯部为弹簧，弹簧外侧包裹有片状海绵，海绵在弹簧两端处固定；其中在弹簧的一端，所述海绵完全将弹簧顶端包覆或者弹簧顶端与海绵在连接处固定密封；在弹簧的另一端固接有一用于连接真空泵的连接管；所述海绵外侧涂覆有氧化石墨烯层。

一种中空管状吸油材料的制备方法，包括如下步骤：

1)用片状海绵包裹在弹簧表面，并在弹簧两端处分别将其与海绵固定，其中一端海绵完全将弹簧顶端包覆或者将弹簧顶端与海绵在连接处固定密封，另一端固接有一连接管，得到中空管状海绵；

2)将氧化石墨在水中处理得到氧化石墨烯分散液；

3)将步骤1)得到的中空管状海绵的连接管与真空泵相连接，然后将所述中空管状海绵完全浸入步骤2)得到的氧化石墨烯分散液中，利用真空泵在所述中空管状海绵处形成负压并维持1～3min，得到涂覆有氧化石墨烯的中空管状海绵；

4)将步骤3)得到的涂覆有氧化石墨烯的中空管状海绵在30～40℃恒温真空干燥至恒重，然后将其在80～90℃水合肼蒸汽中还原处理12～24h，再经蒸馏水冲洗、真空干燥，即得所述中空管状吸油材料。

步骤1)中弹簧顶端与海绵的固定方式为树脂浇注。

步骤1)中海绵的孔隙率为85～95％。

步骤1)中海绵为聚氨酯海绵或三聚氰胺海绵。

步骤2)中氧化石墨烯分散液的浓度为1～3mg/mL。

步骤3)中形成的负压为-0.05～-0.1MPa。

步骤2)中将氧化石墨在水中经超声处理得到氧化石墨烯分散液。超声频率为30～60kHz，时间为30min～120min。