[发明专利]一种二氧化硅/氧化石墨烯改性聚氨酯海绵吸附材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于环境净化材料技术领域，尤其是一种二氧化硅/氧化石墨烯纳米杂化材料改性聚氨酯海绵复合微孔吸附材料研究及其制备方法，具体涉及一种二氧化硅/氧化石墨烯疏水材料的一步合成方法以及以聚氨酯海绵为载体的三元复合材料的制备及其在水处理方面的应用。

背景技术

在过去的几年里，由于原油的开采、加工、运输以及各种炼制油的大量使用，导致水体严重污染，恶化生存环境，危害人类健康。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。

目前，多孔吸附材料的方法由于具有较好的吸附性能引起了人们广泛的关注。传统的多孔吸附材料采用剥离石墨、羊毛、植物纤维等，但是却存在着以下缺点：1)较低的吸附容量；2)循环性能差；3)选择性吸附差。近年来，微孔吸附材料由于优越的柔软性、较大的比表面积和疏水性能，应用于油(非极性溶剂、极性溶剂)/水分离的相关研究报导引起了人们的重视。然而，成本高、复杂的工艺过程以及循环再生的性能限制了其在油水分离方面更广泛的应用。因此，选择合适的反应底物，开发操作方便、重复性能好的制备方法，得到稳定的吸附性能的微孔吸附材料是当前热门的研究方向之一。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明首先制备了二氧化硅粒子涂覆在氧化石墨烯表面，通过使用富甲基基团的硅源得到疏水性SiO₂/GO纳米杂化材料，然后将SiO₂/GO纳米杂化材料涂覆在商品化的聚氨酯海绵的骨架表面上，得到了具有疏水性能的三元微孔吸附材料。另一方面该微孔吸附材料对水体中的油、非极性和极性有机溶剂具有较高的吸附能力以及较好的吸附选择性，可以快速实现油水分离；同时，还具有低成本、操作方便、重复性能好等优点。

本发明的目的就是提供一种对水体中的油、非极性和极性有机溶剂具有选择性吸附/分离性能的三元疏水性微孔吸附材料及其制备方法。具体方案如下：

一种二氧化硅/氧化石墨烯改性聚氨酯海绵复合微孔材料的制备方法，按照下述步骤进行：

(1)将氧化石墨烯分散在乙醇水溶液中，超声分散均匀，用氨水调节体系pH为9-11；

(2)向步骤(1)所得的混合溶液中加入三官能团硅烷和二官能团硅烷，搅拌均匀后，静置老化，得到氧化石墨烯/二氧化硅的复合材料溶液；

(3)将表面处理过的聚氨酯普通海绵，浸渍在步骤(2)所得的氧化石墨烯/二氧化硅的复合材料溶液中，静置1-2天，洗涤，干燥，得到以海绵为载体氧化石墨烯/二氧化硅的微孔吸附材料。

步骤(1)中，所述氧化石墨烯为新鲜制备的氧化石墨烯，所用氨水的浓度为25％；所述乙醇水溶液中乙醇与水的体积比为5：1；乙醇水溶液中氧化石墨烯的浓度为0.833mg/mL；

步骤(2)中，所述三官能团硅烷为甲基三甲基硅烷或丙基三甲氧基硅烷，所述二官能团硅烷为二甲基二甲氧基硅烷或甲基乙烯基二甲氧基硅烷；

所述三官能团硅烷和二官能团硅烷最优添加量的体积比为1:1；

所述三官能团硅烷和二官能团硅烷的添加总体积与乙醇水溶液的体积比为4：18-30；

步骤(3)中，所述聚氨酯普通海绵为市售具有开孔结构的海绵，其表面处理过程为：用98％H₂SO₄和98％H₂CrO₄对海绵进行酸蚀刻，静置老化时间为24h。

步骤(3)中，所述洗涤为先丙酮洗，再乙醇洗；所述干燥温度为60℃，干燥时间为12h。

在上述方法中，所得二氧化硅/氧化石墨烯改性聚氨酯海绵复合微孔材料，其特征是通过一步合成将二氧化硅颗粒负载在氧化石墨烯层上，然后将SiO₂/GO纳米杂化材料涂覆在商品化的海绵骨架表面。材料外观呈淡黑色，具有良好的吸附稳定性。其比表面为150-180m²/g；表面水的接触角为145±3°，油的接触角接近于0°，对水体中的油、非极性和极性有机溶剂具有较好的吸附选择性能力。该微孔吸附材料对一系列的油、非极性和极性有机溶剂的吸附量为自身重量的80～166倍/每次，且能够实现油水的快速分离。

所得材料的吸附量测量方式如下：

将微孔吸附材料(m₀)浸入油或者非极性有机溶剂中，待材料吸附饱和后称重m₁，通过简单的挤压法将吸附材料内的油、非极性溶剂和极性溶剂溶剂挤压出去，对吸附材料进行称重m₂；