一种改性纳米棉吸油材料的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种可以持续选择性吸油的改性纳米棉吸油材料的制备方法，包括有以下步骤：1)在反应容器中加入水和聚乙烯醇，升温搅拌，使聚乙烯醇完全溶解，加入块状纳米棉；2)水浴升温，待温度稳定后加入单体丙烯酸丁酯、过氧化苯甲酰、N,N-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌反应；3)反应结束后，取出改性纳米棉，用水洗涤，真空干燥至恒重。本发明有以下优点：1)选用内部孔隙度高的纳米棉作为反应基体，使改性后的吸油材料具有良好的保油能力；2)改性方法操作简单，反应条件温和；3)改性后的纳米棉的吸油选择性得到明显提升，并且改性纳米棉在连接真空装置后能持续吸油。
【专利说明】一种改性纳米棉吸油材料的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于吸油材料和环境保护【技术领域】，涉及一种可以持续选择性吸油的改性 纳米棉吸油材料的制备方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，海洋的原油泄漏造成的污染已经被认为是全世界范围内一个大的环境问 题。为了避免原油泄漏对生态系统的不利影响以及油污的长期危害，有必要开发出能有效 清理油污的材料。传统的合成吸油材料主要是聚丙烯酸酯类高吸油树脂，这类吸油树脂吸 油率高，但存在吸油饱和的问题，不能循环利用持续吸油。
[0003] 近些年来，越来越多的研究者们把目光投向了吸油泡沫的研究上来，但大都集 中在聚氨酯泡沫上，例如王迟峰等利用碳纳米管和聚二甲基硅氧烷采用浸涂法对聚氨酯 泡沫进行改性，明显改善了聚氨酯泡沫的吸油选择性，同时，在聚氨酯泡沫上连接抽真 空装置能够连续吸收水面的油污染物（Wang C F, Lin S J. Robust superhydrophobic/ superoleophilic sponge for effective continuous absorption and expulsion of oil pollutants from water. ACS Applied materials and interfaces, 2013,5:8861-8864)； 周小燕等利用吡咯的气相沉积聚合法，使吡咯在聚氨酯泡沫表面聚合，从而提高了聚氨酯 泡沫的口及油性會泛（Zhou X Y, Zhang Z Z, et al. Facile Fabrication of superhydrophobic sponge with selective absorption and collection of oil from water.Industrial and engineering chemistry research. 2013, 52:9411-9416);柳_芬等人把聚氨酯泡沫 作为反应基体，发生丙烯酸酯的聚合反应，从而在提高了聚氨酯泡沫的吸油性能的同时使 得聚氨酯泡沫能反复吸油（柳丽芬.一种改性聚氨酯泡沫吸油材料的制备方法.中国发明 专利.201110415527. 7. 2013-6-5)。关于纳米棉（三聚氰胺海绵）作为基体来制备吸油材 料的工作报道较少。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种改性纳米棉吸油材料的制备方法，用以提升其吸油选 择性。
[0005] 本发明的解决上述技术问题所采用的技术方案如下：一种改性纳米棉吸油材料的 制备方法，包括有以下步骤：
[0006] 1)在反应容器中加入水和聚乙烯醇，升温搅拌，使聚乙烯醇完全溶解，加入块状纳 米棉；
[0007] 2)水浴升温，待温度稳定后加入单体丙烯酸丁酯、过氧化苯甲酰、N，N-亚甲基双 丙烯酰胺，搅拌反应；
[0008] 3)反应结束后，取出改性纳米棉，用水洗漆，真空干燥至恒重。
[0009] 按上述方案，步骤2)所述的水浴升温为80?90°C，搅拌时间为4?10h。
[0010] 按上述方案，所述单体丙烯酸丁酯的体积为所用水体积的10%?50%。
[0011] 按上述方案，所述聚乙烯醇用量为单体丙烯酸丁酯质量的1%?15%。
[0012] 按上述方案，所述过氧化苯甲酰用量为单体丙烯酸丁酯质量的1%?5%。
[0013] 按上述方案，所述N，N-亚甲基双丙烯酰胺用量为单体丙烯酸丁酯质量的1%? 5%。
[0014] 按上述方案，所述纳米棉的用量为单体丙烯酸丁酯质量的1 %?10%。
[0015] 本发明的反应机理：本发明以纳米棉为基体，通过悬浮聚合将丙烯酸丁酯聚合并 交联于纳米棉中，使该材料具备超吸油性以及优良的吸油选择性，在油水界面会优先吸附 油而不吸附水；同时利用纳米棉的疏松多孔结构，通过连接真空吸收装置可实现油水界面 上的持续吸油。
[0016] 本发明有以下优点：
[0017] 1)选用内部孔隙度高的纳米棉作为反应基体，使改性后的吸油材料具有良好的保 油能力；
[0018] 2)改性方法操作简单，反应条件温和；
[0019] 3)改性后的纳米棉的吸油选择性得到明显提升，并且改性纳米棉在连接真空装置 后能持续吸油。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 图1为未改性纳米棉及实施例1改性纳米棉的光学显微镜图像；
[0021] 图2为未改性纳米棉及实施例1改性纳米棉的表面润湿性实验图像；
[0022] 图3为以环己烷作为代表溶剂实施例1改性纳米棉的选择吸油性实验过程；
[0023] 图4为以环己烷作为代表溶剂实施例1改性纳米棉连接真空泵后的持续吸油实验 过程。
【具体实施方式】
[0024] 下面通过实施例对本发明做进一步详细的说明，本发明所使用的材料、试剂等如 无特别说明，均可从商业途径中得到。
[0025] 实施例1
[0026] 在反应容器中加入50mL水和0.675g聚乙烯醇，将温度升至约60°C搅拌，使聚 乙烯醇完全溶解。加入〇.45g块状纳米棉并搅拌。将温度升至80°C，待温度稳定后加入 5mL(4. 5g)丙烯酸丁酯、0. 225g过氧化苯甲酰、0. 2g N，N-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌反应6h 停止。取出产物用水洗涤数次，真空干燥至恒重。
[0027] 如图1所示，左图为空白纳米棉的光学显微镜图像，纳米棉呈多孔的网状结构。右 图为改性纳米棉的光学显微镜图像，可以看到网状结构中有一些聚丙烯酸酯吸油树脂颗 粒，使得在保留纳米棉多孔性的同时提高了其吸油性能和吸油选择性；如图2所示，图中两 个立方块，左边为未改性纳米棉，右边为改性纳米棉。在纳米棉表面滴一滴水，未改性纳米 棉上的水珠因被吸入到纳米棉中迅速消失，而在改性纳米棉表面水珠能够保持球状，lOmin 过后亦变化不大。改性后的纳米棉相较于未改性的纳米棉，其疏水性得到了显著提高；如图 3所示，在烧杯中加入一定量水及苏丹红III标记的环己烷（上层，显红色），将改性纳米棉 浸入该混合体系中，可逐渐观察到环己烷层高度降低直至消失，而水层高度基本没有变化， 纳米棉则全部变红。由此可见改性纳米棉在油水混合界面能选择性先吸油；如图4所示，本 发明以纳米棉为基体改性后的纳米棉在油水混合系统中能优先选择吸油，而纳米棉具有一 定的压缩性，将改性纳米棉通过玻璃管连接真空吸收装置，并将纳米棉置于水及苏丹红III 标记过的环己烷界面上，真空泵开启后，可观察到环己烷优先被纳米棉吸收并被抽到玻璃 管中。这说明该材料除具有一定的储油能力外，还具有持续吸油的能力。
[0028] 实施例2
[0029] 在反应器中加入50mL水和lg聚乙烯醇，将温度升至约60°C搅拌，使聚乙烯醇完全 溶解。加入〇. 55g块状纳米棉并搅拌。将温度升至85°C，待温度稳定后加入10mL(9g)丙烯 酸丁酯、0. 18g过氧化苯甲酰、0.45g N，N-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌反应4h停止。取出产物 用水洗涤数次，真空干燥至恒重。
[0030] 实施例3
[0031] 在反应器中加入50mL水和lg聚乙烯醇，将温度升至约60°C搅拌，使聚乙烯醇完 全溶解。加入〇. 3g块状纳米棉并搅拌。将温度升至90°C，待温度稳定后加入15mL(13. 5g) 丙烯酸丁酯、〇. 27g过氧化苯甲酰、0. 135g N，N-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌反应8h停止。取 出产物用水洗涤数次，真空干燥至恒重。
[0032] 实施例4
[0033] 在反应器中加入50mL水和0. 3g聚乙烯醇，将温度升至约60°C搅拌，使聚乙烯醇完 全溶解。加入〇.45g块状纳米棉并搅拌。将温度升至85°C，待温度稳定后加入20mL(18g) 丙烯酸丁酯、〇. 18g过氧化苯甲酰、0. 45g N，N-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌反应10h停止。取 出产物用水洗涤数次，真空干燥至恒重。
[0034] 实施例5
[0035] 在反应器中加入50mL水和0. 225g聚乙烯醇，将温度升至约60°C搅拌，使聚乙 烯醇完全溶解。加入〇. 225g块状纳米棉并搅拌。将温度升至80°C，待温度稳定后加入 25mL (22. 5g)丙烯酸丁酯、0. 3g过氧化苯甲酰、0. 3g N，N-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌反应6h 停止。取出产物用水洗涤数次，真空干燥至恒重。
[0036] 以上实施例通过光学显微镜观察纳米棉改性后的微观结构变化；同时，以环己烷 作为代表溶剂测量了改性纳米棉的选择吸油性及持续吸油性。
【权利要求】
1. 一种改性纳米棉吸油材料的制备方法，包括有以下步骤： 1) 在反应容器中加入水和聚乙烯醇，升温搅拌，使聚乙烯醇完全溶解，加入块状纳米 棉； 2) 水浴升温，待温度稳定后加入单体丙烯酸丁酯、过氧化苯甲酰、N，N-亚甲基双丙烯 酰胺，搅拌反应； 3) 反应结束后，取出改性纳米棉，用水洗涤，真空干燥至恒重。
2. 根据权利要求1所述的改性纳米棉吸油材料制备方法，其特征在于，步骤2)所述的 水浴升温为80?90°C，搅拌时间为4?10h。
3. 根据权利要求1或2所述的改性纳米棉吸油材料制备方法，其特征在于，所述单体丙 烯酸丁酯的体积为所用水体积的10%?50%。
4. 根据权利要求1或2所述的改性纳米棉吸油材料制备方法，其特征在于，所述聚乙烯 醇用量为单体丙烯酸丁酯质量的1 %?15%。
5. 根据权利要求1或2所述的改性纳米棉吸油材料制备方法，其特征在于，所述过氧化 苯甲酰用量为单体丙烯酸丁酯质量的1%?5%。
6. 根据权利要求1或2所述的改性纳米棉吸油材料制备方法，其特征在于，所述 N，N-亚甲基双丙烯酰胺用量为单体丙烯酸丁酯质量的1%?5%。
7. 根据权利要求1或2所述的改性纳米棉吸油材料制备方法，其特征在于，所述纳米棉 的用量为单体丙烯酸丁酯质量的1 %?10%。
【文档编号】C08F2/20GK104086710SQ201410331109
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月11日 优先权日:2014年7月11日
【发明者】吴江渝, 赵婷婷, 高慧敏, 许谦, 李竹, 郭庆中 申请人:武汉工程大学