[发明专利]利用多巴胺和碳纳米管改性的超疏水密胺海绵的制备方法

说明书

本发明公开了一种利用多巴胺和碳纳米管改性的超疏水密胺海绵的制备方法，该方法通过多巴胺的氧化自聚合将碳纳米管与密胺海绵相结合，以提高密胺海绵的油水选择性，具体步骤为：首先利用多巴胺的粘附性将碳纳米管与多巴胺相结合，然后在碱性条件下通过多巴胺的氧化自聚合将碳纳米管包覆在密胺海绵骨架上，干燥海绵至恒重得到具有疏水亲油性的改性海绵。本发明中碳纳米管通过化学键连接在密胺海绵上，因此连接紧密且含量大；同时碳纳米管的结构没有遭到破坏，故海绵的疏水性、保油能力较强，制得的密胺海绵质轻，便于回收重复利用，能实现对水面浮油的高效净化。

技术领域

本发明涉及吸附材料技术领域，具体涉及一种利用多巴胺和碳纳米管改性的超疏水密胺海绵的制备方法。

背景技术

随着工业的迅速发展，石油泄漏以及有毒化学试剂的排放已经造成了严重的环境和生态问题，这些问题不仅给能源和经济带来了巨大的损失，同时还给人类、海洋生物以及水生系统的健康带来了极大的威胁。

用于治理污染的材料有很多，根据材料种类及来源的差异，传统上可将吸油材料分为三类，分别为无机材料，包括沸石、膨润土、煤灰以及活性炭等；有机天然材料，包括秸秆纤维、木片、芦苇以及玉米杆等；有机合成材料，包括聚丙烯纤维、丙烯酸烷基酯共聚物以及聚氨酯泡沫等。大多数的无机材料价格低廉，但它们吸油能力低，保油性差；有机天然材料由于具有许多亲水基团，譬如羟基和羧基，所以它们在吸油的过程中既吸油又吸水，达到饱和吸附后容易下沉；有机合成材料同时具有亲油性和疏水性，但这些材料在自然界中无法得到，合成反应复杂，且循环使用性能差，吸油能力不高，生物降解性差。

目前，以密胺海绵为基体进行疏水改性是近年来吸油材料研究的热点之一。密胺海绵多孔率高、密度低、价格低廉、热稳定性好且对环境友好、易于回收降解、符合现代环保理论，但由于其不具备油水选择性，不能直接使用。另一方面，碳纳米管由于其优异的性质受到了广泛关注，但由于不能稳定分散，在应用上受到了极大的限制。

在已知文献中，Garimella等利用浸渍法将聚二甲基硅氧烷修饰在海绵骨架上，使其具有油水选择性(Continuous Oil–Water Separation UsingPolydimethyl siloxane-Functionalized Melamine Sponge.IEC Research,2016,55(12):3596-3602)；Yap等人以Al₂O₃为扩散屏障，通过热化学沉积将多壁碳纳米管沉积在不锈钢网格上，由此得到的三维多孔结构具有优异的疏水亲油性，可用于油水过滤(The performance ofsuperhydrophobic and superoleophilic carbon nanotu be meshes in water–oilfiltration.Carbon,2011,49:669-676)；Men等利用浸渍涂层法将碳纳米管/二氧化硅包覆在海绵骨架上，得到疏水海绵(A superhydrop hobic/superoleophilic sponge for theselective absorption oil pollutants from wa ter.Colloids and Surfaces A:Physicochem.Eng.Aspects,2014,457:397–401)。

总体来看，利用碳纳米管制备疏水海绵的过程都比较复杂且成本高。近年来多巴胺由于其粘附性受到了广泛关注，其在碱性条件下可在金属、无机、有机材料表面上发生自聚合形成聚多巴胺层，同时聚多巴胺层还可作为二次反应平台。因此可考虑利用多巴胺的粘附性使碳纳米管与密胺海绵结合改性，由此得到优良的超疏水密胺海绵。

发明内容

本发明的目的在于克服现有海绵吸附材料存在的制备工艺复杂、成本高、吸附选择性有待提升等不足，提供一种利用多巴胺和碳纳米管改性的超疏水密胺海绵的制备方法，包括以下步骤：

(a)将盐酸多巴胺加入到Tris-HCl缓冲溶液中，得到多巴胺溶液；