一种用于油水分离超疏水聚氨酯海绵/氧化铁复合材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明公开了一种用于油水分离超疏水聚氨酯海绵/氧化铁复合材料的制备方法，属于复合材料领域。
【背景技术】
[0002]现代社会中，经济的快速发展产生大量被有机物污染的工业水资源，同样石油的开采、运输以及存储过程中均易发生油品泄漏等海洋污染事件。这些油污染的水源对生态环境造成了极大的破坏，如何快速高效的对油污染水源进行油水分离已引起各国政府和公众的广泛关注。进行油水分离的方法主要有离心法、重力法、吸附法、浮选法、生物氧化法和化学法等。选择油水分离方法时还需考虑当时的水处理环境以及分离体积等因素，使用吸附法进行油水分离是一种最简单方便的方式。但传统的油水分离材料的界面浸润特性不明显，吸油性和抗水性均较弱，在吸油的同时也吸收大量水分，分离效率较低，仅有50%左右，影响材料的使用效果。在这种情况下需要开发一种性能优良且环保的新型油水分离材料。
[0003]聚氨酯海绵除了具有价格和可规模化生产的优势外，还具有丰富的大孔结构和良好的弹性。因此，涌现一批使用聚氨酯海绵为基体，制备具有超疏水特性的油水分离材料的研究。台湾国立清华大学的Nguyen等和天津大学的高建平等均采用溶液浸渍法使商用的海绵表面覆盖上石墨烯片层，使海绵材料具有超疏水一超亲油特性，复合材料可吸收约自身重量40~165倍的有机溶剂或油品。意大利理工学院的Calcagnile等将氧化铁磁性纳米颗粒与PTFE粉末混合包裹于海绵表面形成超疏水磁性海绵材料，利用外界磁场驱动复合材料进行油水分离。还有将聚氨酯海绵置于聚氨酯预聚物或纳米颗粒复合溶液中浸渍形成具有超疏水特性的海绵复合材料，或通过化学气相沉积聚苯胺的超疏水海绵材料，以及通过铬酸酸化和氟硅烷浸泡形成的超疏水海绵材料。
【发明内容】
[0004]本发明主要解决的技术问题:针对目前油水分离材料的界面浸润特性不明显，吸油性和抗水性均较弱，在吸油的同时也吸收大量水分，分离效率较低，材料循环使用性能差的问题，提供了一种用于油水分离超疏水聚氨酯海绵/氧化铁复合材料的制备方法，本发明先将聚氨酯海绵分别用二氯甲烷和去离子水进行超声清洗，配置粗化液，将清洗后的聚氨酯海绵进行粗化，再用六水三氯化铁和乙二醇等物质，通过磁分离方法制得磁性氧化铁颗粒，将磁性氧化铁中加入十二硫醇并调节pH值和超声分散，在分散液中加入三羟甲基氨基甲烷，混合均匀后将聚氨酯海绵加入其中，进行搅拌、清洗、干燥即可，本发明通过制备氧化铁颗粒在海绵表面构筑微纳米结构及引入低表面能物质，制备具有超疏水和超亲油特性的复合材料，使复合材料具有高吸油能力、选择性分离油水混合物、油品快捷回收和材料循环利用的优点。
[0005]为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是: (1)取一块10CmX8CmX2Cm尺寸的聚氨酯海绵，先将海绵放入二氯甲烷溶液中进行超声清洗1?2h，之后取出再放在去离子水中进行超声清洗50?60min，清洗结束后取出，在60?65°C的供箱中干燥40?50min，即可；
(2)取40?50mL质量浓度为100g/L的氧化铬和20?30mL质量浓度为80g/L的硫酸溶液进行混合均匀，配置成粗化液，将上述干燥后的聚氨酯海绵置于粗化液中进行粗化2?3min，粗化后取出立即用蒸馏水进行冲洗3?5次，除去残留的粗化液，再将聚氨酯海绵在50?55 °C的烘箱中干燥30?40min，留取备用；
(3)在250mL的三口烧瓶中分别加入5?7g六水三氯化铁和50?60mL乙二醇，搅拌直至固体物完全溶解，之后向瓶中加入6?8g乙酸钠，继续搅拌25?35min，形成均勾的混合溶液，将三口烧瓶放入烘箱中，在150?180°C下放置10?12h，之后取出冷却至室温，静置5?7min后用磁铁进行磁分离，将分离物用无水乙醇洗涤3?5次，再用蒸馏水冲洗2?3次，最后将清洗后的分离物在70?85°C下干燥完全，得磁性氧化铁颗粒；
(4)取1?3g上述制备的磁性氧化铁颗粒，加到15?20mL7?8mol/L的十二硫醇，进行搅拌混合均匀，向其中滴加质量分数为35%的氢氧化钠溶液调节pH值为10?11，之后将混合液用超声波进行超声分散25?30min，再向分散后的溶液中加入5?7mL浓度为lOmmol/L三羟甲基氨基甲烷，并搅拌混合均匀；
(5)将步骤(2)中干燥后的聚氨酯海绵放入上述的混合液中，用磁力搅拌器在400?500r/min的转速下勾速搅拌2?3h，搅拌后将聚氨酯海绵取出用蒸馈水冲洗3?5次，之后放入75?80°C的烘箱中干燥2?3h，即可得到超疏水聚氨酯海绵/氧化铁复合材料。
[0006]本发明的应用方法:将本发明制备出超疏水聚氨酯海绵/氧化铁复合材料应用在油水分离处理，处理有机物污染的工业水，在含有6?8%的有机污染水中，加入复合材料，在污水中浸泡5?lOmin，浸泡后将材料取出，测得水中有机物含量为0.2?0.3%，吸附率为96%以上，重复使用10?12次后，吸附率仍可达到82?85%。
[0007]本发明的有益效果是:
(1)本发明通过制备氧化铁颗粒在海绵表面构筑微纳米结构及引入低表面能物质，制备具有超疏水和超亲油特性的复合材料；
(2)本发明制备的复合材料具有高吸油能力、选择性分离油水混合物、油品快捷回收和材料循环利用的优点。
【具体实施方式】
[0008]首先取一块10cmX8cmX2cm尺寸的聚氨酯海绵，先将海绵放入二氯甲烷溶液中进行超声清洗1?2h，之后取出再放在去离子水中进行超声清洗50?60min，清洗结束后取出，在60?65°C的烘箱中干燥40?50min，即可；取40?50mL质量浓度为100g/L的氧化铬和20?30mL质量浓度为80g/L的硫酸溶液进行混合均匀，配置成粗化液，将上述干燥后的聚氨酯海绵置于粗化液中进行粗化2?3min，粗化后取出立即用蒸馏水进行冲洗3?5次，除去残留的粗化液，再将聚氨酯海绵在50?55°C的烘箱中干燥30?40min，留取备用；在250mL的三口烧瓶中分别加入5?7g六水三氯化铁和50?60mL乙二醇，搅拌直至固体物完全溶解，之后向瓶中加入6?8g乙酸钠，继续搅拌25?35min，形成均勾的混合溶液，将三口烧瓶放入烘箱中，在150?180°C下放置10?12h，之后取出冷却至室温，静置5?7min后用磁铁进行磁分离，将分离物用无水乙醇洗涤3?5次，再用蒸馏水冲洗2?3次，最后将清洗后的分离物在70?85°C下干燥完全，得磁性氧化铁颗粒；取1?3g制备的磁性氧化铁颗粒，加到15?20mL7?8mol/L的十二硫醇，进行搅拌混合均勾，向其中滴加质量分数为35%的氢氧化钠溶液调节pH值为10?11，之后将混合液用超声波进行超声分散25?30min，再向分散后的溶液中加入5?7mL浓度为lOmmol/L三羟甲基氨基甲烷，并搅拌混合均勾；将干燥后的聚氨酯海绵放入混合液中，用磁力搅拌器在400?500r/min的转速下匀速搅拌2?3h，搅拌后将聚氨酯海绵取出用蒸馏水冲洗3?5次，之后放入75?80°C的烘箱中干燥2?3h，即可得到超疏水聚氨酯海绵/氧化铁复合材料。
[0009]实例1
首先取一块10cmX8cmX 2cm尺寸的聚氨酯海绵，先将海绵放入二氯甲烷溶液中进行超声清洗lh，之后取出再放在去离子水中进行超声清洗50min，清洗结束后取出，在60°C的烘箱中干燥40min，即可；取40mL质量浓度为100g/L的氧化铬和20mL质量浓度为80g/L的硫酸溶液进行混合均匀，配置成粗化液，将上述干燥后的聚氨酯海绵置于粗化液中进行粗化2min，粗化后取出立即用蒸馏水进行冲洗3次，除去残留的粗化液，再将聚氨酯海绵在50°C的烘箱中干燥30min，留取备用；在250mL的三口烧瓶中分别加入5g六水三氯化铁和50mL乙二醇，搅拌直至固体物完全溶解，之后向瓶中加入6g乙酸钠，继续搅拌25min，形成均匀的混合溶液，将三口烧瓶放入烘箱中，在150°C下放置10h，之后取出冷却至