一种超疏水三聚氰胺海绵复合材料的制备方法及其用途与流程

本发明属于环境功能材料制备技术领域，涉及一种超疏水三聚氰胺海绵复合材料的制备方法及其用途。

背景技术：

近年来，油类污染事件频频发生，特别是海洋石油污染，以船舶运输、海上油气开采，以及沿岸工业排污为主，这些事件不仅给人们带来直接的经济损失，更对水环境以及水生生物产生巨大的潜在威胁，同时对水域的航行和人们生活等方面造成严重影响。因此，对油污从水中有效分离是急需解决的问题。目前，对油污的处理方法主要有原位燃烧法、拦截法、生物降解法、吸附分离法等，其中，由于吸附分离法具有分离速度快，油污容易回收，吸附剂可重复利用等优点，备受人们的关注。关于吸附剂的制备，近年来，已有大量的工作人员进行研究，成果颇为突出，但是仍存在一些问题。

三聚氰胺海绵是一种开孔率极高的三维网格结构的新型泡沫塑料，具有优异的阻燃性、隔热性、吸声性、高稳定性，这些特性使其具有广泛的应用领域，如建筑、交通工具、航空、机电、电子、家用电器等都具有美好的市场前景。鉴于三聚氰胺海绵的优点，可以将其进行疏水改性并应用于水中油污的去除。

技术实现要素：

本发明充分利用资源，将三聚氰胺海绵表面负载乙烯基三乙氧基硅烷(vtes)球，再经过3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(tmpta)与二乙烯苯(dvb)聚合在已修饰过vtes球的三聚氰胺海绵表面，制备超疏水vtes球@p(tmpta+dvb)负载三聚氰胺海绵复合材料，通过多种表征手段，揭示复合材料的形貌与疏水性能，并应用于吸附水中油污，可吸附几十倍质量的油溶性物质，在油水分离方面是一种具有前景的吸附剂材料。

本发明采用的技术方案是：

一种超疏水三聚氰胺海绵复合材料的制备方法，按照下述步骤进行：

步骤1、三聚氰胺海绵表面负载vtes球：

将洗过的三聚氰胺海绵浸在vtes分散液中，经碱溶液催化反应后，置于烘箱中烘干，得到vtes球负载的三聚氰胺海绵；

步骤2、将tmpta与dvb溶于有机溶剂中，配置混合溶液，备用；

步骤3、超疏水vtes球@p(tmpta+dvb)负载三聚氰胺海绵复合材料的制备：

将步骤1中的vtes球负载的三聚氰胺海绵浸于步骤2所得的混合溶液中，然后添加引发剂，在引发剂的引发下进行聚合反应，即可得到超疏水vtes球@p(tmpta+dvb)负载三聚氰胺海绵复合材料。

步骤1中，三聚氰胺海绵的清洗是在40-80℃下弱酸性溶液或中性的蒸馏水浸泡1-8小时，然后在50-90℃烘箱烘干；所述的弱酸性溶液为稀盐酸或者稀硫酸中的一种。

步骤1中，vtes分散液的配制：将1-6mlvtes加到50ml水中，剧烈搅拌1-5小时。

步骤1中，所述碱溶液是浓氨水、koh或naoh水溶液中的一种；碱溶液浓度是1-12mol·l^-1。

步骤1中，所述催化反应的时间为0.5-3小时，烘干温度为25-55℃。

步骤2中，所述混合溶液中tmpta和dvb的浓度分别为1-10mg·ml^-1，0.2-2mg·ml^-1，有机溶剂为乙酸乙酯、二甲基甲酰胺或乙腈中的一种或多种。

步骤3中，所述引发剂为偶氮二异丁腈aibn或者过氧化二苯甲酰bpo中的一种；引发剂的用量是tmpta与dvb总质量的5％。

步骤3中，所述聚合温度为50-80℃，反应2-8小时。

所制备的超疏水vtes球@p(tmpta+dvb)负载三聚氰胺海绵复合材料用于吸附水体油污。

所述超疏水vtes球@p(tmpta+dvb)负载三聚氰胺海绵复合材料用于吸附水中的汽油、己烷、甲基硅油、甲苯、玉米油、二氯乙烷或三氯甲烷。

本发明的有益效果为：

(1)本发明所用原材料为普通的三聚氰胺海绵，来源丰富、价格低廉。

(2)制得的超疏水vtes球@p(tmpta+dvb)负载三聚氰胺海绵复合材料具有轻质、超疏水、性能稳定等优点。

(3)鉴于该超疏水vtes球@p(tmpta+dvb)负载三聚氰胺海绵复合材料的轻质，可在吸附水中油污、催化剂载体等领域广泛使用。

(4)本发明的制备方法简单易行、流程较短、操作易控，适于推广使用。

附图说明

图1为实施例1中制备的vtes球负载三聚氰胺海绵复合材料的扫描电镜图。

图2为超疏水vtes球@p(tmpta+dvb)负载三聚氰胺海绵复合材料的扫描电镜图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述：

实施例1：

首先将从市场上购买来的三聚氰胺海绵置于弱酸性溶液或中性的蒸馏水中，在70℃下浸泡4小时，然后在60℃烘箱烘干，将洗过的三聚氰胺海绵浸在vtes分散液(3mlvtes加到50ml水中，剧烈搅拌3小时)中，经浓度为5mol·l^-1的氨水催化反应1小时后，置于35℃烘箱中烘干，得到vtes球负载的三聚氰胺海绵；

以乙酸乙酯为溶剂，配制浓度分别为5mg·ml^-1，1mg·ml^-1的tmpta与dvb混合溶液；

将vtes球负载的三聚氰胺海绵浸于tmpta与dvb的混合溶液中，并添加占单体总质量的5％的偶氮二异丁腈aibn作为引发剂，70℃下聚合反应4小时后，烘干，即可得到超疏水vtes球@p(tmpta+dvb)负载三聚氰胺海绵复合材料。

图1为实施例1中制备的vtes球负载三聚氰胺海绵复合材料的扫描电镜图。图2为超疏水vtes球@p(tmpta+dvb)负载三聚氰胺海绵复合材料的扫描电镜图。通过两个图片的对比，发现包覆过p(tmpta+dvb)之后vtes球，变得粗糙，且粒径范围更大，有利于构筑表面低能且同时形成微纳米结构。

实施例2：

首先将从市场上购买来的三聚氰胺海绵置于弱酸性溶液或中性的蒸馏水中，在40℃下浸泡8小时，然后在50℃烘箱烘干，将洗过的三聚氰胺海绵浸在vtes分散液(1mlvtes加到50ml水中，剧烈搅拌1小时)中，经浓度为1mol·l^-1的koh催化反应3小时后，置于25℃烘箱中烘干，得到vtes球负载的三聚氰胺海绵；

以二甲基甲酰胺为溶剂，配制浓度分别为1mg·ml^-1，0.2mg·ml^-1的tmpta与dvb混合溶液；

将vtes球负载的三聚氰胺海绵浸于tmpta与dvb的混合溶液中，并添加占单体总质量的5％的偶氮二异丁腈aibn作为引发剂，50℃下聚合反应8小时后，烘干，即可得到超疏水vtes球@p(tmpta+dvb)负载三聚氰胺海绵复合材料。

实施例3：

首先将从市场上购买来的三聚氰胺海绵置于弱酸性溶液或中性的蒸馏水中，在80℃下浸泡1小时，然后在90℃烘箱烘干，将洗过的三聚氰胺海绵浸在vtes分散液(6mlvtes加到50ml水中，剧烈搅拌5小时)中，经浓度为12mol·l^-1的naoh催化反应0.5小时后，置于55℃烘箱中烘干，得到vtes球负载的三聚氰胺海绵；

以乙腈为溶剂，配制浓度分别为10mg·ml^-1，2mg·ml^-1的tmpta与dvb混合溶液；

将vtes球负载的三聚氰胺海绵浸于tmpta与dvb的混合溶液中，并添加占单体总质量的5％的过氧化二苯甲酰bpo作为引发剂，80℃下聚合反应2小时后，烘干，即可得到超疏水vtes球@p(tmpta+dvb)负载三聚氰胺海绵复合材料。

实施例4：

首先将从市场上购买来的三聚氰胺海绵置于弱酸性溶液或中性的蒸馏水中，在60℃下浸泡7小时，然后在60℃烘箱烘干，将洗过的三聚氰胺海绵浸在vtes分散液(4mlvtes加到50ml水中，剧烈搅拌4小时)中，经浓度为12mol·l^-1的氨水催化反应1小时后，置于35℃烘箱中烘干，得到vtes球负载的三聚氰胺海绵；

以乙酸乙酯和二甲基甲酰胺为溶剂，配制浓度分别为5mg·ml^-1，1mg·ml^-1的tmpta与dvb混合溶液；

将vtes球负载的三聚氰胺海绵浸于tmpta与dvb的混合溶液中，并添加占单体总质量的5％的过氧化二苯甲酰bpo作为引发剂，60℃下聚合反应6小时后，烘干，即可得到超疏水vtes球@p(tmpta+dvb)负载三聚氰胺海绵复合材料。

吸附性试验：

本发明中具体实施方案中吸附性能评价按照下述方法进行：在接触角测试后，将超疏水vtes球@p(tmpta+dvb)负载三聚氰胺海绵复合材料进行吸附不同种类的油性物质测试，利用静态吸附实验完成，并计算得到吸附倍数：n＝m/m-1

其中m(g)和m(g)分别是吸附油性物质之后和之前的质量，n为吸附倍数。

实验例1：

取1g超疏水vtes球@p(tmpta+dvb)负载三聚氰胺海绵复合材料浸在汽油、柴油、己烷、甲基硅油、甲苯、玉米油等低密度(密度低于水)油类与水的混合物中10-20s后，取出并称重，并根据结果计算出吸附倍数。

实验例2：

取1g超疏水vtes球@p(tmpta+dvb)负载三聚氰胺海绵复合材料浸在二氯乙烷、三氯甲烷等高密度(密度高于水)的油类与水的混合物中10-20s后，取出并称重，并根据结果计算出吸附倍数。