[发明专利]一种太阳能驱动的自加热多级硫化物原位生长黑色海绵的制备及其应用

说明书

本发明属于环境功能材料制备技术领域，涉及一种太阳能驱动的自加热多级硫化物原位生长黑色海绵的制备及其应用；步骤如下：将六氯化钨和硫代乙酰胺溶于去离子水中，搅拌得到无色澄清溶液；废橡胶海绵适当裁剪后，浸入溶液中，转移至反应釜中进行水热反应，反应后取出废橡胶海绵用无水乙醇洗净，经干燥后得到黑色块体；将钼酸铵和硫脲分散于去离子水中，搅拌形成无色透明溶液；浸入黑色块体后转移至反应釜中，进行水热反应，反应后取出产物，经无水乙醇、离子水冲洗、冷冻干燥，得到多级硫化物原位生长的黑色海绵。本发明制备的材料具有超疏水超亲油能力、较高强度和热稳定性，在太阳光条件下，能稳定吸收光而自身发热，能够吸收粘度高的重油。

技术领域

本发明属于环境功能材料制备技术领域，具体涉及一种太阳能驱动的自加热多级硫化物原位生长黑色海绵的制备及其应用。

背景技术

现如今，人类越来越依赖原油及其附属品。据统计，2019年原油产量已达到每天3070万桶，而这一数字仍在继续增长。随着大规模的石油开采，原油泄漏事故的发生频率比以前更高。泄漏不仅浪费宝贵的资源，造成巨大的经济损失，而且对海洋生态环境造成严重破坏。常见的油水分离方法有油栅法，燃烧法，化学降解法和微生物法，但它们常常伴随着分离低效率，经济成本高和二次污染等问题。目前，具有疏水性和亲油性的海绵材料因其三维多孔结构，环境适应性强，回收功能强等特点而受到科学家和环保人士的关注。但是，世界上大约40％的石油储量是重质原油，其粘度非常高，室温下为103～105mPa·s；关于吸附这种重质原油的材料鲜有报道。

现有文献公开了一种还原氧化石墨烯海绵电热吸收高粘度原油的方法，通过喷涂法使石墨烯结合在海绵骨架上，能够赋予海绵材料超疏水超亲油性能，并结合材料导电性分离原油与水混合物，但是存在结合力弱等不足、分离效率低的缺陷；此外，需要一种现场可用的电力供应，用于海上溢油事故的应急处理，而有些地区的电力通常不满足需求，并不适合大规模使用。因此，导致该材料在处理实际的溢油污染时表现出较低的性能。普遍地，人们认为原油的粘度通常随着温度的升高而降低。太阳光作为一种可再生资源，为地球提供了足够的能量，并且它可以转化为热能或电能，已应用于各种不断发展的领域，如光催化，太阳能电池和水处理。受这种机制的启发，将这种光热转换效应可用于开发自加热材料，原位降低原油的粘度，而无需任何额外的功率输入，这将大大节省了经济成本。废橡胶海绵作为一种固体废弃物，难于降解，容易形成固体垃圾，造成环境污染。而它由于较高的热稳定性，耐久性，可持续性走进了人们的视野。如果能将其变废为宝，物尽其用，利用其解决环境中的实际问题，这充分符合可持续发展的绿色理念。因此，非常有必要开创一种绿色无污染，低成本的方案将废橡胶海绵加工为具有自加热特征的新型分离材料，从而提高原油的处理效率。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明旨在解决所述问题之一；本专利以废橡胶海绵为原材料，通过高温水热方法使多级硫化物原位生长在废橡胶海绵上，由于粗糙度的增加，该黑色海绵具备超疏水超亲油等特征。不同于三聚氰胺海绵和聚氨酯海绵，废橡胶海绵经过两次高温水热后，仍能保持其可压缩的特性。该黑色海绵通过太阳光驱动自发热来吸附高粘度的原油，这极大地解决了原油污染物所带来的环境问题。

为了实现以上目的，本发明提供了一种太阳能驱动的自加热多级硫化物原位生长黑色海绵的制备方法，具体步骤如下：

(1)将六氯化钨和硫代乙酰胺溶于去离子水中，搅拌溶解，形成无色澄清溶液；以废橡胶海绵为原材料，根据需求适当裁剪后，浸入得到的无色澄清溶液中，再转移至反应釜中，进行水热反应，反应后取出废橡胶海绵用无水乙醇洗净，经干燥后得到黑色块体；

(2)将钼酸铵和硫脲分散于去离子水中，搅拌，形成无色透明溶液；浸入步骤(1)得到的黑色块体，然后转移至反应釜中，进行水热反应，反应后取出黑色块体，先用无水乙醇清洗，再用去离子水冲洗，经冷冻干燥，得到多级硫化物原位生长的黑色海绵。

优选的，步骤(1)中所述六氯化钨、硫代乙酰胺和去离子水的用量比为0.5～1.0g:1.0～1.5g:30～50mL。