本发明涉及一种超疏油聚脲-纤维素材料的制备方法及应用，属于高分子化学、多孔材料领域。
背景技术
原油泄漏以及工业排放的含油废水严重破坏生态环境，对人类健康造成巨大威胁，开发高效的油水分离技术及材料已成为世界性前沿课题之一。传统的油水分离方法，如燃烧、空气浮选、混凝-絮凝及生物处理，分离效率低、高能耗、过程繁琐甚至产生二次污染。虽然采用具有特殊润湿性表面的多孔材料的吸附过程可以实现高效的油水分离，但是这些吸附剂需要通过洗涤，压缩或者蒸馏等方式进行分离和再生，这无疑需要消耗更多人力、物力及能源。
以具有特殊表面润湿性多孔材料为基质的以重力为驱动的过滤过程，具有分离效率高、可连续进行及环境友好等特点，已成为材料研究的热门课题。这些材料通常包括金属网格、纺织物、多孔聚合物粒子及聚合物薄膜等。金属网格需要采用刻蚀、电沉积以及覆盖纳米粒子的方式形成粗糙的表面，而后再通过浸涂或者喷涂等一系列复杂的后处理赋予它们特殊的表面润湿性。纺织薄膜通常需要对其成分进行精心的设计，经静电纺丝过程制备后再采用一系列聚合物进行修饰或涂覆纳米粒子，使其具有特殊润湿性表面。也就是说，在这些材料进行实际应用前需要经过一系列的复杂过程，包括冗长乏味、耗时的制备过程，复杂的设备构建适当的粗糙结构，以及使用昂贵的试剂进行后处理。
超疏水/亲油的多孔材料允许油通过而水阻隔在上面，超亲水和水下超疏油的多孔材料可使水通过而将油截留，通过精心的操作可实现油水混合物的分离。但是，当油相比水轻时采用超疏水材料进行分离难以进行，反之，当油相比水相重时超疏油材料无法进行分离过程。除非将这些材料倾斜一个角度使其可以与分离相进行接触。此外，这些材料往往具有较大的孔，因此只能进行油水混合物的分离，而无法进行乳液的分离。因此，开发一种低成本，环境友好的油水分离材料及一种简易的高效的油水分离技术，实现油水混合物及乳液的快速分离具有极大的现实意义。
技术实现要素：
本发明的技术任务之一是为了弥补现有技术的不足，提供一种超疏油聚脲-纤维素材料的制备方法及应用，该方法所用原料成本低，制备工艺简单，反应能耗低，具有工业应用前景。
本发明的技术任务之二是提供所述超疏油聚脲-纤维素材料的用途，即将该种超疏油聚脲-纤维素材料用于油水混合物和水包油乳液的分离，具有良好的分离活性和稳定性。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
1.一种超疏油聚脲-纤维素材料的制备方法，步骤如下：
（1）制备马来酰亚胺-聚脲涂覆的纤维素滤纸mpufs
将2-6g甲苯二异氰酸酯、2-6gn-(2,4-二氨基苯基)马来酰亚胺溶于200ml乙腈中，将滤纸浸渍在溶液中20-40min，循环2-4次，于室温下风干，得到马来酰亚胺-聚脲涂覆的纤维素滤纸mpufs；
所述马来酰亚胺-聚脲涂覆的纤维素滤纸mpufs，构造式如下：
（2）制备超疏油聚脲-纤维素材料sofs
将2-6g2-[(三(羟甲基)甲基)氨基]-1-乙磺酸钠溶于200ml乙醇中，将马来酰亚胺-聚脲涂覆的纤维素滤纸mpufs浸泡在溶液中5-15min，得到超疏油聚脲-纤维素材料sofs；
所述超疏油聚脲-纤维素材料sofs，直径为18cm；
所述超疏油聚脲-纤维素材料sofs，是油在水下接触角为130.5°-139.4°的超疏油性滤纸；
所述超疏油聚脲-纤维素材料sofs，构造式如下：
所述甲苯二异氰酸酯，是2,4-异氰酸酯甲苯和2,6-异氰酸酯甲苯的混合物，质量比为8:2；
所述r1为和
所述r2为
所述r3为
2.上述1所述的制备方法制备的超疏油聚脲-纤维素材料sofs用于油水混合物的应用，步骤如下：
将超疏油聚脲-纤维素材料sofs用蒸馏水润湿，固定在漏斗中，制得超疏油漏斗；
将0.005g苏丹红ⅲ溶于50ml1，2-二溴乙烷中，制得苏丹红ⅲ的1，2-二溴乙烷溶液；将0.005g甲基蓝溶于50ml蒸馏水中，制得甲基蓝水溶液；将苏丹红ⅲ的1，2-二溴乙烷溶液与甲基蓝水溶液混合，制得油水混合物；
将油水混合物倒入超疏油漏斗，水溶液能够迅速通过超疏油漏斗，油溶液则保留在漏斗内，不会被过滤出来；
将待分离的油水混合物样品倒入超疏水漏斗，水溶液能够迅速通过超疏油漏斗，油溶液则保留在漏斗内，不会被过滤出来；
实验结果表明，此超疏油聚脲-纤维素材料sofs用于分离油水混合物，循环十次后，仍保持良好的分离效果。
3.上述1所述的制备方法制备的超疏油聚脲-纤维素材料sofs用于水包油乳液分离的应用，步骤如下：
将超疏油聚脲-纤维素材料sofs用蒸馏水润湿，固定在漏斗中，制得超疏油漏斗；
将1ml石油醚、0.1g十六烷基三甲基溴化铵溶解于50ml蒸馏水中，超声处理半个小时，制得水包油乳液；
将水包油乳液倒入超疏水漏斗，水溶液能够迅速通过超疏油漏斗，油溶液则保留在漏斗内，不会被过滤出来；
将待分离的水包油乳液样品倒入超疏水漏斗，水溶液能够迅速通过超疏油漏斗，油溶液则保留在漏斗内，不会被过滤出来；
所述的超声处理，功率为2kw；
所述的水包油乳液，为乳白色溶液；
实验结果表明，此超疏油聚脲-纤维素材料sofs用于分离水包油乳液，循环十次后，仍保持良好的分离效果。
上述所需原料均在本地化工市场购得。
本发明的有益的技术效果：
（1）本发明超疏油聚脲-纤维素材料sofs的制备，首先通过甲苯二异氰酸酯与滤纸及n-(2,4-二氨基苯基)马来酰亚胺（napmi）缩合反应制备马来酰亚胺-聚脲涂覆的纤维素滤纸mpufs，再与2-[(三(羟甲基)甲基)氨基]-1-乙磺酸钠（tris-esa）发生杂-迈克尔加成反应，得到超疏油聚脲-纤维素材料sofs；该方法操作简单，反应时间25-55min，油在水中接触角为130.5°-139.4°，分离效果好。
（2）本发明制得的超疏油聚脲-纤维素材料sofs，可以直接用于分离油水混合物和水包油乳液，当油水混合物和水包油乳液滴在这种材料上时，水滴会渗过膜层，而油滴则不会透过，从而实现油水分离。相对于其它常规的分离手段，此方法对设备没有要求，易操作，稳定性高，可以进行连续分离。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述，但本发明的保护范围不仅局限于实施例，该领域专业人员对本发明技术方案所作的改变，均应属于本发明的保护范围内。
实施例1一种超疏油聚脲-纤维素材料的制备方法
（1）制备马来酰亚胺-聚脲涂覆的纤维素滤纸mpufs
将2g甲苯二异氰酸酯、2gn-(2,4-二氨基苯基)马来酰亚胺溶于200ml乙腈中，将滤纸浸渍在溶液中20min，循环2次，于室温下风干，得到马来酰亚胺-聚脲涂覆的纤维素滤纸mpufs；
所述马来酰亚胺-聚脲涂覆的纤维素滤纸mpufs，构造式如下：
（2）制备超疏油聚脲-纤维素材料sofs
将2g2-[(三(羟甲基)甲基)氨基]-1-乙磺酸钠溶于200ml乙醇中，将马来酰亚胺-聚脲涂覆的纤维素滤纸mpufs浸泡在溶液中5min，得到超疏油聚脲-纤维素材料sofs；
所述超疏油聚脲-纤维素材料sofs，直径为18cm；
所述超疏油聚脲-纤维素材料sofs，是油在水下接触角为130.5°-139.4°的超疏油性滤纸；
所述超疏油聚脲-纤维素材料sofs，构造式如下：
所述甲苯二异氰酸酯，是2,4-异氰酸酯甲苯和2,6-异氰酸酯甲苯的混合物，质量比为8:2；
所述r1为和
所述r2为
所述r3为
实施例2一种超疏油聚脲-纤维素材料的制备方法
（1）制备马来酰亚胺-聚脲涂覆的纤维素滤纸mpufs
将4g甲苯二异氰酸酯、4gn-(2,4-二氨基苯基)马来酰亚胺溶于200ml乙腈中，将滤纸浸渍在溶液中30min，循环3次，于室温下风干，得到马来酰亚胺-聚脲涂覆的纤维素滤纸mpufs；
所述马来酰亚胺-聚脲涂覆的纤维素滤纸mpufs，构造式如下：
（2）制备超疏油聚脲-纤维素材料sofs
将4g2-[(三(羟甲基)甲基)氨基]-1-乙磺酸钠溶于200ml乙醇中，将马来酰亚胺-聚脲涂覆的纤维素滤纸mpufs浸泡在溶液中10min，得到超疏油聚脲-纤维素材料sofs；
所述超疏油聚脲-纤维素材料sofs，直径为18cm；
所述超疏油聚脲-纤维素材料sofs，是油在水下接触角为130.5°-139.4°的超疏油性滤纸；
所述超疏油聚脲-纤维素材料sofs，构造式如下：
所述甲苯二异氰酸酯，是2,4-异氰酸酯甲苯和2,6-异氰酸酯甲苯的混合物，质量比为8:2；
所述r1为和
所述r2为
所述r3为
实施例3一种超疏油聚脲-纤维素材料的制备方法
（1）制备马来酰亚胺-聚脲涂覆的纤维素滤纸mpufs
将6g甲苯二异氰酸酯、6gn-(2,4-二氨基苯基)马来酰亚胺溶于200ml乙腈中，将滤纸浸渍在溶液中40min，循环4次，于室温下风干，得到马来酰亚胺-聚脲涂覆的纤维素滤纸mpufs；
所述马来酰亚胺-聚脲涂覆的纤维素滤纸mpufs，构造式如下：
（2）制备超疏油聚脲-纤维素材料sofs
将6g2-[(三(羟甲基)甲基)氨基]-1-乙磺酸钠溶于200ml乙醇中，将马来酰亚胺-聚脲涂覆的纤维素滤纸mpufs浸泡在溶液中15min，得到超疏油聚脲-纤维素材料sofs；
所述超疏油聚脲-纤维素材料sofs，直径为18cm；
所述超疏油聚脲-纤维素材料sofs，是油在水下接触角为130.5°-139.4°的超疏油性滤纸；
所述超疏油聚脲-纤维素材料sofs，构造式如下：
所述甲苯二异氰酸酯，是2,4-异氰酸酯甲苯和2,6-异氰酸酯甲苯的混合物，质量比为8:2；
所述r1为和
所述r2为
所述r3为
实施例4将实施例1-3所述的制备方法制备的超疏油聚脲-纤维素材料sofs用于油水混合物的应用
将超疏油聚脲-纤维素材料sofs用蒸馏水润湿，固定在漏斗中，制得超疏油漏斗；
将0.005g苏丹红ⅲ溶于50ml1，2-二溴乙烷中，制得苏丹红ⅲ的1，2-二溴乙烷溶液；将0.005g甲基蓝溶于50ml蒸馏水中，制得甲基蓝水溶液；将苏丹红ⅲ的1，2-二溴乙烷溶液与甲基蓝水溶液混合，制得油水混合物；
将油水混合物倒入超疏油漏斗，水溶液能够迅速通过超疏油漏斗，油溶液则保留在漏斗内，不会被过滤出来；
将待分离的油水混合物样品倒入超疏水漏斗，水溶液能够迅速通过超疏油漏斗，油溶液则保留在漏斗内，不会被过滤出来；
实验结果表明，此超疏油聚脲-纤维素材料sofs用于分离油水混合物，循环十次后，仍保持良好的分离效果。
实施例5将实施例1-3所述的制备方法制备的超疏油聚脲-纤维素材料sofs用于水包油乳液分离的应用
将超疏油聚脲-纤维素材料sofs用蒸馏水润湿，固定在漏斗中，制得超疏油漏斗；
将1ml石油醚、0.1g十六烷基三甲基溴化铵溶解于50ml蒸馏水中，超声处理半个小时，制得水包油乳液；
将水包油乳液倒入超疏水漏斗，水溶液能够迅速通过超疏油漏斗，油溶液则保留在漏斗内，不会被过滤出来；
将待分离的水包油乳液样品倒入超疏水漏斗，水溶液能够迅速通过超疏油漏斗，油溶液则保留在漏斗内，不会被过滤出来；
所述的超声处理，功率为2kw；
所述的水包油乳液，为乳白色溶液；
实验结果表明，此超疏油聚脲-纤维素材料sofs用于分离水包油乳液，循环十次后，仍保持良好的分离效果。