一種氧化石墨烯-聚氨酯復(fù)合泡沫及其制備方法和用圖
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種新型氧化石墨烯-聚氨酯復(fù)合泡沫材料，其制備方法，及其在油水分離及儲油運輸中的用途。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展，人們的生活水平日益提高，隨之而來的是生存環(huán)境也發(fā)生了較大的變化。工業(yè)的發(fā)展無疑為經(jīng)濟(jì)的發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)，但是部分企業(yè)由于缺乏合理的計劃和管理，其工業(yè)化生產(chǎn)過程造成了較為嚴(yán)重的環(huán)境污染，特別是對于水資源的污染。原油、成品油及有機(jī)化學(xué)品的日常排放和突發(fā)泄漏事故給人們的身體健康、生命安全及自然環(huán)境造成了嚴(yán)重的威脅。此類污染廢水的處理方法一直以來廣泛采用高效吸附法、電化學(xué)還原法、滲析法、生物吸附法等方法，其中以高效吸附法最為方便快捷。
[0003]氧化石墨稀(Graphene Oxide，GO)是一種由共價鍵連接的碳原子組成的，具有二維薄片結(jié)構(gòu)的新型材料。由于氧化石墨烯具有良好的導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性，以及較高的比表面積、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，因此對于氧化石墨烯的研宄越來越受到人們的關(guān)注，其中一個重要且有效的應(yīng)用就是制成三維石墨烯泡沫，用于高吸油倍率的油水分離。然而，已經(jīng)報道的氧化石墨烯泡沫都具有致命的缺點如力學(xué)易碎性、制備過程效率低、成本高等。
[0004]作為一種商業(yè)化泡沫材料，聚氨酯(PU)泡沫由于其便捷的制備方法和較高的機(jī)械性能，已經(jīng)被廣泛用于制備吸油劑，但是聚氨酯泡沫的疏水性通常不是很好，所以通常需要在聚氨酯泡沫表面修飾上一些超疏水的基團(tuán)，才能達(dá)到更好的分離效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明利用具有可修飾性和高機(jī)械強度的聚氨酯泡沫，使其與氧化石墨烯結(jié)合，進(jìn)而形成具有聚合物骨架的氧化石墨烯泡沫，該泡沫結(jié)合了氧化石墨烯和聚氨酯的特性，可以開發(fā)成為一種新型的高效吸油材料。
[0006]本發(fā)明的目的及基本原理:首先通過摻入氧化石墨烯的特殊制備方法獲得具有多孔骨架結(jié)構(gòu)的聚氨酯，以增加其比表面積，然后將制得的聚氨酯浸入氧化石墨烯溶液中，通過交聯(lián)的方式使石墨烯更好地附著在聚氨酯表面，最終形成具有高比表面積、高機(jī)械穩(wěn)定性以及高吸油性能的多孔吸油泡沫材料(porous PUirGO)ο
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種氧化石墨烯-聚氨酯復(fù)合泡沫的制備方法，其包括以下步驟:
O具有多孔骨架的聚氨酯泡沫的合成:
室溫條件下，在發(fā)泡容器中將聚醚多元醇、多異氰酸酯、泡沫穩(wěn)定劑、三乙烯二胺、辛酸亞錫、水、納米碳酸鈣和氧化石墨烯混合并攪拌l~5min，將容器中的混合物靜置5~10min，待其發(fā)泡完畢后硬化l~2h，極性溶劑洗滌后按照lg:5~10mL的重量體積比將泡沫浸沒于鹽酸乙醇溶液中l(wèi)~2h，除去納米碳酸鈣并形成多孔骨架，取出烘干后得到具有多孔骨架的聚氨醋泡沫(porous PU)， 其中:所述聚醚多元醇、多異氰酸酯、泡沫穩(wěn)定劑、三乙烯二胺、辛酸亞錫、水、納米碳酸鈣和氧化石墨烯的質(zhì)量比為 100~500:100-500:1-5:1-5:1-5:20-50:20-50:20-50 ；
2)氧化石墨烯與聚氨酯泡沫的交聯(lián):
按照lg:2~10mL的重量體積比，將步驟I)中得到的具有多孔骨架的聚氨酯泡沫浸沒于氧化石墨烯溶液中，加入交聯(lián)劑后不斷擠壓排除氣泡，在70~90°C下反應(yīng)8~10h，水洗烘干后得到氧化石墨稀-聚氨醋復(fù)合泡沫(porous PUirGO),
其中:所述交聯(lián)劑與氧化石墨烯溶液的體積比為1:10~20。
[0008]上述技術(shù)方案中，步驟I)中所述聚醚多元醇選自丙二醇聚醚、丙三醇聚醚、聚四氫呋喃二醇中的任意一種，優(yōu)選丙二醇聚醚(PPG)，更優(yōu)選丙二醇聚醚3000 (PPG3000)。
[0009]上述技術(shù)方案中，步驟I)中所述多異氰酸酯為二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)或甲苯二異氰酸酯(TDI)，優(yōu)選二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)。
[0010]上述技術(shù)方案中，步驟I)中所述泡沫穩(wěn)定劑選自硅油穩(wěn)泡劑、吐溫類穩(wěn)泡劑、磺酸鹽類穩(wěn)泡劑中的任意一種，優(yōu)選硅油穩(wěn)泡劑，更優(yōu)選甲基硅油。
[0011]上述技術(shù)方案中，步驟I)中所述攪拌的時間為2min，所述靜置的時間為lOmin，所述硬化的時間為2h。
[0012]上述技術(shù)方案中，步驟I)中所述極性溶劑為丙酮或乙醇，優(yōu)選丙酮。
[0013]上述技術(shù)方案中，步驟I)中所述鹽酸乙醇溶液的濃度為l~2mol/L，優(yōu)選lmol/L。
[0014]上述技術(shù)方案中，步驟I)中所述浸沒的重量體積比為lg:5mL，時間為2h。
[0015]上述技術(shù)方案中，步驟I)中所述聚醚多元醇、多異氰酸酯、泡沫穩(wěn)定劑、三乙烯二胺、辛酸亞錫、水、納米碳酸鈣和氧化石墨烯的質(zhì)量比為500:500:5:2.5:1:30:50:50。
[0016]上述技術(shù)方案中，步驟2)中所述氧化石墨稀溶液的濃度為l~10mg/mL，優(yōu)選4~10mg/mT,n
[0017]上述技術(shù)方案中，步驟2)中所述浸沒的重量體積比為lg:2mL。
[0018]上述技術(shù)方案中，步驟2)中所述交聯(lián)劑選自乙二胺、氨水或三乙胺中的任意一種，優(yōu)選乙二胺。
[0019]上述技術(shù)方案中，步驟2)中所述反應(yīng)的溫度為80°C，時間為8~10h。
[0020]另一方面，本發(fā)明提供了根據(jù)上述制備方法獲得的氧化石墨烯-聚氨酯復(fù)合泡沫。
[0021]最后，由于上述復(fù)合泡沫具有高效的親油性，本發(fā)明還提供了其在水油分離及儲油運輸過程中的用途，例如將復(fù)合泡沫(porous I3UOrGO)作為儲油罐內(nèi)的填充物，可有效防止罐體破裂后的油份溢出。
[0022]由于上述技術(shù)方案的應(yīng)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有下列優(yōu)點:
(O由于本發(fā)明在發(fā)泡中采用刻蝕成孔的方法，使得該材料相比于普通聚氨酯擁有多孔的骨架，能夠增強吸附效率；
(2)由于本發(fā)明采用了氧化石墨烯作為修飾，使得該材料相比于普通聚氨酯擁有更強的疏水親油性，能夠快速的吸附油污；
(3)由于本發(fā)明采用了聚氨酯為基底，使得該材料相比于氧化石墨烯泡沫擁有更強的機(jī)械性能，可重復(fù)循環(huán)使用；
(4)由于本材料的親油疏水性，使得該材料在儲油和水面/水底油污的處理上更具有優(yōu)勢；
(5)由于本發(fā)明采用的聚氨酯及氧化石墨烯均為無毒無害物質(zhì)，不會對環(huán)境造成二次污染；
(6)由于原料易得且制備方法便捷，可用作大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0023]圖1為porous PUirGO的合成路線及實物圖。
[0024]圖2為普通PU、實施例一 porous I3U及實施例三porous I3UOrGO的透射電鏡圖，其中a-b顯示了普通PU的微觀結(jié)構(gòu)，c-e顯示了 porous PU的多孔骨架結(jié)構(gòu)，f_g顯示了氧化石墨烯已成功交聯(lián)在聚氨酯表面上。
[0025]圖3