[发明专利]超疏水超亲油改性海绵材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种超疏水超亲油改性海绵材料的制备方法,属于化工材料技术领域。该方法首先将氟化石墨烯均匀吸附于聚氨酯海绵表面和内部，然后将碳纳米管均匀分散于氟化石墨烯海绵中用于固定氟化石墨烯，并构造微纳米结构，最后用低表面能试剂修饰碳纳米管，从而得到了疏水亲油性能优异的氟化石墨烯/碳纳米管海绵。本发明制备方法简单快捷，成本低廉，所得改性海绵材料能够快速吸附水上或水下的各种油类和有机溶剂，高效实现油水分离，且可通过挤压脱油的方式实现油品的回收和海绵的循环利用。

技术领域

本发明属于化工材料技术领域，具体涉及一种具有油水分离能力的超疏水超亲油氟化石墨烯/碳纳米管海绵及其制备方法。

背景技术

随着工业化的发展，工业含油废水大量增加，海上石油泄露事件频繁发生，很多江河湖泊以及海洋受到了严重的污染，进而引起了大量淡水生物和海洋生物的死亡，造成了严重的生态破坏，并最终影响到了人类的日常生产与生活安全。因此，进行水资源净化处理、快速有效清理海洋漏油不仅有利于水生生物的安全生长，更有利于生态环境的可持续发展。

传统的油水分离材料多是些吸附性材料，油水分离的效率低且难以回收利用。常用的油水分离方法有重力分离法、离心分离法、超声波分离法、真空蒸馏法和聚结分离法等，这些处理方法普遍存在占地面积大、用时长、消耗高和分离效率低等缺点。针对这些问题，近年来人们设计出了超疏水材料。超疏水材料一般是用具有低表面能的物质来修饰改善粗糙表面，通过改变材料表面的微观结构及化学组成获得具有特殊浸润性的表面，从而用于油水分离。尤其是三维网络结构的超疏水材料，由于具有其高储油容量和弹性，有利于通过挤压实现油品的快速回收和循环使用，因此已应用到油/水混合物的分离领域。

近年来，随着石墨烯被发现，科研工作者们逐步认识到石墨烯超大的比表面积和超强的吸附性能必将导致其在油水分离领域具备极强的使用价值。中国专利(公告号CN106807338B)公开了一种用于油水分离的改性石墨烯增强聚氨酯海绵的制备方法，具体采用聚多巴胺修饰氧化石墨烯，然后通过1H,1H,2H,2H-全氟癸基硫醇等低表面能物质与聚多巴胺的迈克尔加成反应制得超疏水改性石墨烯粉末，最后将该超疏水粉末负载到市售聚氨酯海绵上，从而获得具有超疏水/亲油性质的油水分离海绵。中国专利(公开号CN109180994A)公开了一种油水分离用石墨烯改性超疏水聚氨酯海绵及制备方法，其是将γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酸、催化剂、阻聚剂混合进行酯化反应过程中，加入石墨烯、有机硅烷及封端剂进行水解缩合反应，制得预聚体；将预聚体喷涂于聚氨酯海绵表面，紫外光辐照固化后烘干，即得油水分离用石墨烯改性超疏水聚氨酯海绵。中国专利(公开号CN108744606A)公开了用于油水分离的石墨烯海绵的制备方法，包括将海绵依次浸入壳聚糖及氧化石墨烯溶液中，得到壳聚糖、氧化石墨烯包覆海绵材料，然后利用硼氢化钠为还原剂在水热条件下温和地还原氧化石墨烯，然后浸入三羟甲基氨基甲烷正己烷溶液中得到石墨烯海绵材料。中国专利(公告号CN106732422B)公开了一种用于油水分离的石墨烯复合泡沫的制备方法，以多巴胺对氧化石墨烯进行还原和交联，采用水热法使其自组装形成三维结构，利用壳聚糖溶液浸渍和冷冻干燥制备壳聚糖/石墨烯复合泡沫，最后利用低表面能氟化试剂处理得到用于油水分离的石墨烯复合泡沫。

通过大量检索，利用石墨烯进行油水分离的中国专利约为39项，但这些专利均使用氧化石墨烯为主要原料，并且存在制备过程复杂的问题。

发明内容

为了解决现有三维网络材料油水分离结构疏水亲油性能差、制备过程复杂的问题，本发明提供了一种成本低廉、制作过程简单、疏水亲油性能优异的氟化石墨烯/碳纳米管海绵及其制备方法。

为了实现本发明的技术目的，发明人首先将氟化石墨烯均匀吸附于聚氨酯海绵表面和内部，然后将碳纳米管均匀分散于氟化石墨烯海绵中用于固定氟化石墨烯，并构造微纳米结构，最后用低表面能试剂修饰碳纳米管，从而得到了疏水亲油性能优异的氟化石墨烯/碳纳米管海绵。