[发明专利]一种疏水磁性多孔材料及其制备和应用

说明书

本发明公开了一种疏水磁性多孔材料及其制备方法和应用，将蛋白壳包被的磁性纳米颗粒溶液在多巴胺的沉积粘附作用下负载于有机海绵骨架上，再将疏水性涂层小烛树蜡修饰在海绵表面得到疏水磁性海绵。本发明还公开了一种疏水磁性海绵联合交变磁场加热法用于快速吸附和清理高粘度浮油的装置和方法，疏水磁性海绵能够在交变磁场感应下加热，使周围的浮油粘度下降，在泵体的抽吸作用下，能够快速、高效、连续地回收水上高粘度浮油。

技术领域

本发明涉及功能材料的制备和应用，尤其涉及一种疏水磁性多孔材料及其制备方法以及在油水分离中的应用。

背景技术

频繁的石油的海上开采和海上运输造成了大量的漏油事件，这些漏油不仅造成了资源的浪费，还给海洋生态环境造成了严重的破坏。据文献报道，这些浮油中的轻质组分会经过太阳光的照射和风化作用挥发掉，导致浮油的粘度增加。另外，重油占全世界总储量的40％，并且随着轻质石油的过度开采，重油也逐渐被越来越多的公司进行开采，这些重油在常温下具有低API比重(20)和高粘度(10³mPa s)，使得重油难以有效的被清理和回收。

传统的漏油处理方法包括机械法、化学法、生物降解法以及物理吸附法等效果均不理想。例如机械法是利用撇油器和回收船对溢油进行机械回收，原理是浮油能够被撇油器上转动的滚筒带出水面，再通过刮擦或挤压进行回收，这种方法成本高，且耗时低效。化学法可分为两种，一种是原位燃烧法，这种方法会因燃烧不充分生成大量有毒气体，带来二次污染；另一种是使用化学试剂，如分散剂等，分散剂能够有效乳化原油，降低粘度，但是大多数分散剂具有生物毒性，给水体带来二次污染。生物降解法利用能够降解烷烃的嗜油微生物进行分解，此法效率极低，并且收当地环境影响较大。物理吸附法是通过将漏油进行物理的吸附和回收，因其操作简单，成本较低，不会带来二次污染，有很大的实际应用前景。但是常规的吸油材料不仅能吸油，还能吸水，导致稀有效率很低。尽管目前已经开发出很多超疏水超亲油的吸油材料，但是由于重油的粘度极高，仍然无法对其进行有效的清理和回收。

近年来，研究学者通过在吸油海绵上修饰能够自发热的物质，通过在特定条件下让海绵产热，从而显著降低重油的粘度，达到快速高效地清理和回收的目的。例如Ge等人在三聚氰胺海绵上包被石墨烯，利用石墨烯的焦耳热效应在海绵两端通电情况下让海绵迅速升温，实现浮油的快速降粘和清理回收。后来，为了减少能耗，越来越多的学者开始研究制备光热海绵。例如，Chang等将能够进行光热转化的碳纳米管在聚二甲硅氧烷的连接下修饰在聚氨酯海绵上，制备出光热的超疏水吸油海绵，接触角达到154°，该海绵在光照下同样能够实现重油的快速吸附和清理。虽然焦耳热海绵和光热海绵在重油吸附上大大提升了吸油效率，但两种自发热海绵都有明显的缺点。例如电热法需要在海绵两端加上电极，施加一定强度的电压产生焦耳热对石墨烯海绵进行加热，众所周知，船舶的部分位置和整个海水是导电的，高电压会对船上的工作人员和附近海水中的生物有危害，并且如中国发明专利(“一种耐高温导电多孔材料制备方法及耐高温溢油回收装置”，俞书宏，施露安，葛进，专利申请号201910763757.9)中提到，海绵基底不导电，海绵的尺寸放大后自身电阻增加，加热性能会降低，因此不太适合在现实漏油清理中的应用。光热法虽然是一种环境友好型方法，但是其不足就是吸附效率太依赖光照强度，受时间和季节性影响较大，在光照较弱的冬季和夜间无法作业，同样限制了其在实际中的应用。

因此，如何制备出一种能够安全且温度可控的自发热材料能够应用到实际漏油污染的治理，是本领域亟待解决的重要技术问题。

发明内容

本发明提供了疏水磁性多孔材料及其制备方法和应用。

一方面，本发明提供了一种疏水磁性多孔材料，所述疏水磁性多孔材料是将蛋白壳包被的磁性纳米颗粒修饰到多孔基质中并进行疏水处理制备得到。

在优选的实施方式中，所述磁性铁蛋白蛋白壳包被的磁性纳米颗粒在多巴胺的作用下修饰到多孔基质的骨架上。

进一步的，所述蛋白壳含有伯氨基，伯胺基团能够通过迈克尔加成反应嫁接到聚多巴胺的苯环结构上。