一種耐磨超疏水超親油聚氨酯海綿、制備方法及其在油水連續(xù)分離中的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于功能材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種耐磨超疏水超親油聚氨酯海綿、制備方法及其在油水連續(xù)分離中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著石油工業(yè)的迅猛發(fā)展，發(fā)生的溢油事故也不斷增多，嚴(yán)重地危害了自然環(huán)境和人類生存。為了盡可能的回收石油這種稀缺資源，同時(shí)減小對(duì)環(huán)境的污染，研究人員試圖找到可以很好的分離油污和水的方法。目前，利用仿生超疏水/超親油表面來進(jìn)行油水分離是一種行之有效的方法。中國(guó)專利CN100344341C公開了一種超疏水超親油的油水分離網(wǎng)，利用全氟烷基硅氧烷形成超疏水超親油全氟烷基硅氧烷膜，雖然效果較好，可是含氟物對(duì)環(huán)境的污染較大。江雷課題組利用噴涂法在不銹鋼網(wǎng)表面制備了超疏水超親油的聚丙烯酰胺涂層，水滴在其表面接觸角達(dá)150°以上，而油滴卻能快速潤(rùn)濕并透過絲網(wǎng)，從原理上展現(xiàn)了超疏水超親油技術(shù)在油水分離領(lǐng)域的應(yīng)用啟示。近幾年來，用于油水分離的超疏水超親油網(wǎng)狀或多孔狀材料也已不斷出現(xiàn)。中國(guó)專利CN 102953268 B公開了一種超親油超疏水的滌綸紡織品，利用紡織品的多孔結(jié)構(gòu)來進(jìn)行油水分離。但是，由于網(wǎng)狀多孔狀材料的二維尺度效應(yīng)，缺乏第三維方向的支撐和補(bǔ)充，因此在分離效率、分離速度、耐磨性、耐久性、耐腐蝕性等方面具有一定的局限性。更重要的是上述網(wǎng)狀多孔材料進(jìn)行油水分離時(shí)需要對(duì)油水混合物進(jìn)行收集，成本較高，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模連續(xù)分離。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明目的在于提供一種耐磨超疏水超親油聚氨酯海綿，可用來對(duì)油水混合物進(jìn)行快速連續(xù)分離，解決了現(xiàn)有用仿生超疏水/超親油表面進(jìn)行油水分離時(shí)表面耐久性差，需要用含氟的低表面能物質(zhì)修飾，成本高、不能連續(xù)分離等問題。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種耐磨超疏水超親油聚氨酯海綿的制備方法，其包括如下步驟:
1)將疏水性納米二氧化硅和聚二甲基硅氧烷(PDMS)在磁力攪拌條件下均勻分散于正己烷或無水乙醇中，獲得體系A(chǔ);
2)將清洗干凈的聚氨酯海綿放入步驟I)所得體系A(chǔ)中，浸泡I?2h后取出，置于烘箱內(nèi)烘干100?120°C干燥0.5?111，即得。
[0005]具體的，步驟I)所述體系A(chǔ)中，疏水性納米二氧化娃含量為0.1?1.0wt%，聚二甲基硅氧烷含量為0.01?0.lwt%，且疏水性納米二氧化硅與聚二甲基硅氧烷的質(zhì)量比為9?11:1o
[0006]具體的，所述疏水性納米二氧化硅為DNS系列納米二氧化硅顆粒，其為表面修飾的疏水型納米二氧化硅，具有極好的疏水親油性，購(gòu)買普通市售產(chǎn)品即可。
[0007]較好的，步驟2)中的聚氨酯海綿經(jīng)下述清洗處理:依次用蒸餾水、無水乙醇超聲清洗20?40min，室溫下自然瞭干。
[0008]采用上述方法制備得到耐磨超疏水超親油聚氨酯海綿。
[0009]上述耐磨超疏水超親油聚氨酯海綿在油水連續(xù)分離中的應(yīng)用。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
I)本發(fā)明聚氨酯海綿(多孔超疏水整體材料)，表層與體相具有同樣的超疏水性能，當(dāng)表面的疏水層遭到破壞時(shí)，裸露出的次外層同樣具有納米或微納米結(jié)構(gòu)，從而保持了材料的超疏水性能不變，有效解決了超疏水表面不穩(wěn)定、耐磨性差的問題。
[0011 ] 2)本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單，通過納米二氧化硅/聚二甲基硅氧烷的修飾，降低了聚氨酯海綿的表面能，使聚氨酯海綿的表面和體相均達(dá)到超疏水、超親油的功能，對(duì)水的接觸角達(dá)到150°以上，對(duì)有機(jī)溶劑如石蠟油、汽油、柴油、正己烷、丙酮等的接觸角為0°。制備所得的超疏水超親油聚氨酯海綿具有優(yōu)良的耐磨性，不含氟，環(huán)境友好，無需對(duì)油水混和物進(jìn)行收集，真空栗抽吸下在水面上即可實(shí)現(xiàn)油水混合物的連續(xù)分離。
[0012]3)本發(fā)明聚氨酯海綿無需用含氟的低表面能物質(zhì)進(jìn)行修飾即可達(dá)到超疏水性，環(huán)境友好，且具有比重小、易降解、價(jià)格低廉、耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿腐蝕、可重復(fù)使用性等優(yōu)點(diǎn)。
[0013]4)本發(fā)明制備方法操作簡(jiǎn)單、原料廉價(jià)易得、無需使用昂貴的設(shè)備，易于工業(yè)化生產(chǎn)。
[0014]【附圖說明】:
圖1為DNS-2型納米二氧化硅添加量對(duì)改性的聚氨酯海綿表面接觸角的影響；
圖2為實(shí)施例1所得聚氨酯海綿與正己烷(a)石蠟油(b)的接觸角；
圖3為實(shí)施例1所得聚氨酯海綿在不同放大倍數(shù)下的掃描電鏡照片；
圖4為實(shí)施例1所得聚氨酯海綿漂浮在水面上，在真空栗抽吸下對(duì)油水進(jìn)行分離圖片，(a)分離前，(b)分離后;
圖5為實(shí)施例1所得聚氨酯海綿經(jīng)過強(qiáng)酸(a)強(qiáng)堿(b)腐蝕后與水的接觸角照片；
圖6為實(shí)施例1所得聚氨酯海綿在砂紙上打磨100次后與水滴的接觸角照片；
圖7為實(shí)施例3所得聚氨酯海綿與水的接觸角照片；
圖8為實(shí)施例4所得聚氨酯海綿在不同放大倍數(shù)下的掃描電鏡照片。
【具體實(shí)施方式】
[0015]以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步地詳細(xì)介紹，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此。
[0016]下述實(shí)施例中，所用疏水性DNS-2、DNS-3型納米二氧化硅(粒徑范圍為20nm?50nm)由河南省納米材料工程技術(shù)研究中心提供。
[0017]實(shí)施例1
一種耐磨超疏水超親油聚氨酯海綿的制備方法，包括如下步驟:
1)聚氨酯海綿依次用蒸餾水、無水乙醇超聲清洗30min，室溫下自然晾干；
2)將疏水性DNS-2型納米二氧化硅和聚二甲基硅氧烷磁力攪拌均勻分散于正己烷中，其中納米二氧化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%，聚二甲基硅氧烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01%；
3)將清洗過的聚氨酯海綿浸泡于上述溶液中l(wèi)h，浸漬后的聚氨酯海綿放入烘箱內(nèi)100°C干燥0.5h，即得。
[0018]采用0CAH200接觸角測(cè)試儀測(cè)試所得聚氨酯海綿的潤(rùn)濕性，結(jié)果表明:聚氨酯海綿與水的接觸角為152°，表現(xiàn)為超疏水性質(zhì);與正己烷、石蠟油的接觸角均為0° (見圖2)，表現(xiàn)為超親油性質(zhì)。
[0019]采用JSM-7001F場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡對(duì)上述所得聚氨酯海綿的形貌進(jìn)行了觀察，發(fā)現(xiàn)其呈孔洞狀的微納米復(fù)合結(jié)構(gòu)(見圖3)。
[0020]圖1給出了疏水性DNS-2型納米二氧化硅的添加量對(duì)改性的聚氨酯海綿表面接觸角的影響;從圖1中可以看出隨著納米二氧化硅添加量的增加，接觸角呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)。
[0021]圖5給出了所得聚氨酯海綿經(jīng)過強(qiáng)酸(a)強(qiáng)堿(b)腐蝕后與水的接觸角照片;從圖5可以看出所得聚