[发明专利]一种原位组装聚乙烯醇复合碳基疏水吸油材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种原位组装聚乙烯醇复合碳基疏水吸油材料及其制备方法，所述的原位组装聚乙烯醇复合碳基疏水吸油材料兼具良好的疏水亲油特性（其水接触角高达146°），较高的吸附倍率和力学强度，同时通过简单的挤压即可实现循环使用，所述原位组装聚乙烯醇复合碳基疏水吸油材料的制备方法绿色环保，成本较低，在油类及有机溶剂的吸附等环保领域具有潜在应用价值。

技术领域

本发明涉及一种原位组装聚乙烯醇复合碳基疏水吸油材料及其制备方法，所制备聚乙烯醇复合碳基疏水吸油材料的吸油倍率高，力学性能优异，同时可多次重复使用，属于环保高分子复合材料领域。

背景技术

频繁发生的水污染事件，包括石油和化学品溢出以及由此而导致的事故和灾害使得世界上一些地区的水质受到污染。通常从水中清除油品的方法包括物理法，化学法和生物法，在这些方法中，物理吸附被认为是最环保高效低成本的处理油品泄漏事故的方法。但是传统的无机吸附材料（活性炭，膨胀石墨、粘土等），合成聚合物吸附材料（聚氨酯泡沫，三聚氰胺海绵，大孔橡胶凝胶等）和天然有机吸附材料（木棉纤维，棉花，秸秆等）存在着诸如吸附量低，油水选择性差，再循环能力差等各种不足。因此，开发一种吸附倍率高，油水选择性好，可循环利用，同时具有较低成本的吸附材料具有十分重要的意义。

以石墨烯为代表的新型碳材料具有诸多优异的性能。例如高的比表面积，疏水亲油特性以及良好的化学稳定性，使其成为一种潜在的用于污染水体处理的吸附材料。通过CVD法，冻干法，水热法或者3D打印等方法可以制备出多种具有不同微观结构的碳基三维结构体，这些气凝胶类三维结构体展现出了良好的油品及有机溶剂的吸附性能，例如吸附倍率高，吸附速度快等特性。例如，对于三维结构石墨烯气凝胶而言，极高的油品吸附倍率来源于材料的多孔结构以及极低的密度（通常小于5 mg/cm³）。但是材料自身较低的强度导致其吸附油类液体后无法较好的维持宏观结构，进而很难采用常规机械挤压方式进行再生利用。既往的报道中，对碳基气凝胶吸油材料的循环利用通常是采用加热蒸馏或者燃烧再生的方式，而这些方式在实际应用中存在效率较低或者二次污染的问题。与此同时，由于碳基气凝胶材料原料成本较高，制备工艺复杂，使得他们很难在实际中得到规模化应用。

无论是传统的吸附材料还是新型的高吸附倍率的碳基气凝胶，均在实际应用过程中存在着不同的问题。由此看出，要同时实现吸附材料的高疏水性，高吸油倍率，高力学性能以及可重复利用等特性是一个极具挑战的课题。

发明内容

本发明旨在解决现有吸附材料疏水性差，吸油倍率低，循环使用次数少，机械强度低等问题，以期为使用物理方法清除水中溢出油品或其它有机物污染提供一种优异的吸附材料。为此，本发明的目的在于提出一种原位组装聚乙烯醇复合碳基疏水吸油材料及其制备方法。

本发明提出的一种原位组装聚乙烯醇复合碳基疏水吸油材料，所述的疏水吸油材料由聚乙烯醇和碳基纳米材料组成，在酸性环境中经水热交联，清洗和干燥后获得；碳基纳米材料的用量为聚乙烯醇质量的2-10%，聚乙烯醇水溶液的浓度为3-10%。

本发明中，所述碳基纳米材料包括氧化石墨烯、石墨烯、碳纳米管、炭黑或碳微球中的一种或者几种。

本发明中，石墨烯、碳纳米管、炭黑或碳微球在使用之前均经历了酸化处理，进而实现其在水体系中的均匀分散。

本发明中，所述疏水吸油材料水热过程中的酸性环境由98%硫酸溶液提供，体系中98%硫酸的添加量为聚乙烯醇质量的10-40%。

本发明中，水热交联控制水热温度为150-240℃，水热时间为12-48h。

本发明中，所述干燥方式包括超临界干燥，冷冻干燥，真空干燥或者自然干燥中任一种。

本发明提出的原位组装聚乙烯醇复合碳基疏水吸油材料的制备方法，具体步骤如下：