[发明专利]一种亲油疏水型纳米棉的改性方法

说明书

技术领域

本发明属于吸油材料和环境保护技术领域，涉及一种可以持续选择性吸油的改性纳米棉吸油材料的制备方法。

背景技术

近年来，随着石油生产和运输的迅猛发展，各种大小规模的溢油事件不断增加，石油泄漏和化学泄漏已成为影响沿海海洋环境和生态系统最重要的因素，给海洋环境带来极大威胁。为了避免原油泄漏对生态系统的不利影响以及油污的长期危害，有必要开发出能有效清理油污的材料。

吸油材料的发展经历了一个由传统向高性能型演化的过程。最初人们利用海绵、粘土、干草、羽毛、稻草、泥煤苔等物质来吸油，但这些天然的吸油材料吸油效果并不理想，存在许多缺陷。例如，吸油能力差，在油水混合系统中吸油选择性差，吸油饱和后受压容易析油。这样就限制了它们的应用。因此，研究者们把目光投向了合成吸油材料。

近年来，海绵吸油改性成为吸油材料研究领域的新热点。由于海绵具有丰富的三维孔隙，能够储存大量的油。通过一定的吸油改性，可以让海绵具有油水选择性，同时还有较高的吸油倍率。但大多数都集中在聚氨酯海绵上。

汪勇等人以聚氨酯海绵作为基体，通过原子层沉积在海绵骨架上得到金属氧化物过度层，再将硅烷偶联剂通过氧化物表面的羟基连接到海绵上，得到偶联层，达到疏水改性的目的(汪勇.一种油水分离用海绵的制备方法.中国发明专利.201310482138.5.2013-10-15)。Zhou等人将1H,1H,2H,2H-全氟辛基三乙氧基硅烷(PTES)与聚吡咯修饰在聚氨酯海绵表面，得到疏水亲油海绵(Zhou.Facile fabrication of superhydrophobic sponge with selective absorption and collection of oil from water.Ind.Eng.Chem.Res.2013,52,9411-9416.)。Liu等人用十二烷二胺与氧化石墨烯反应，再将十二烷二胺改性后的氧化石墨烯附着在聚氨酯海绵上，得到的疏水海绵水接触角高达159°。(Liu.Superhydrophobic polyurethane foam modified by graphene oxide.Wiley Periodicals,Inc.J.Appl.polym.SCI.130:3530-3536,2013.)。总的来说，当前对吸油海绵或吸油泡沫的研究主要集中于聚氨酯材料，而用纳米棉(密胺树脂海绵)作为基体制备吸油材料的报道较少。纳米棉是一种吸附能力很强的海绵材料，但不具备油水选择性，因此可考虑对其进行改性以提高亲油疏水性，此外，已报道的吸油材料制备方法一般需要多步反应，操作较复杂，成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种亲油疏水型纳米棉的改性方法，用以提升其油水选择性。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：一种亲油疏水型纳米棉的改性方法，包括以下步骤：

(1)选择合适的溶剂配制一定浓度的硅烷偶联剂溶液，加入纳米棉材料；

(2)使其充分吸收该溶液，浸泡一段时间后，在高温干燥箱中充分干燥；

(3)取出干燥后的海绵，用溶剂清洗2-4次，置于真空干燥箱干燥至恒重。

按上述方案，步骤(1)中所述的溶剂是溶解硅烷偶联剂的溶剂，为甲醇、乙醇、乙醚、石油醚、甲苯、正己烷、二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳中的一种或几种。

按上述方案，步骤(1)所述的硅烷偶联剂含有氯及烃类基团，为甲基三氯硅烷、三甲基氯硅烷、二甲基二氯硅烷、丙基三氯硅烷、三乙基氯硅烷、正辛基三氯硅烷、叔丁基二甲基氯硅烷、三苯基氯硅烷、苯基三氯硅烷和氯(二甲基)苯基硅烷中的一种或几种。

按上述方案，步骤(1)所述的硅烷偶联剂溶液的质量百分比浓度为0.1％～5.0％。

按上述方案，步骤(2)所述海绵浸泡时间为5min～30min。

本发明的反应机理：纳米棉为基体，通过纳米棉与硅烷化试剂间形成的聚硅氧烷层，使改性后材料具有较强的疏水性，从而实现优良的油水选择性，在油水界面会吸油而不吸水；同时利用纳米棉疏松多孔的结构，在连接真空泵后可实现油水界面上的连续吸油。

本发明具有以下优点：

(1)选用内部孔隙度高的纳米棉作为反应基体，使改性后的吸油材料具有良好的保油能力；

(2)改性前无需对纳米棉进行预处理；

(3)改性后制得的吸油海绵仍具有海绵的弹性，可直接接于泵上回收漏油，而不吸水，使用方便；

(4)制得的海绵连续吸油性提高，可多次循环使用，提高了海绵的可重复利用性；