一种快速制备超疏水/超亲油柔软多孔材料的方法与流程

本发明涉及制备极端润湿性材料的方法，具体涉及一种快速制备超疏水/超亲油柔软多孔材料的方法。

背景技术：

石油开采、运输及存储过程中常会发生溢油事故，由于原油具有扩散速度快、持续时间长、去除困难的特点，易导致严重的环境破坏，造成巨大经济损失。因此设计一种稳定且有效的方法用以去除海面浮油具有重大理论和实际应用价值。目前很多方法被用来去除海面浮油，例如物理吸收法、预收集分离法、抽油泵回收法、原位燃烧法、凝结法、生物降解法和电凝聚法等。但原油作为一种不可再生资源，最好的处理方法是对原油进行回收利用而不是通过化学反应直接去除原油。因此具有极端润湿性(包括：超亲水性，超亲油性，超疏水性，超疏油性)的材料近年来在油水分离领域受到广泛关注。极端润湿性可通过调节材料表面微纳米结构和改变其表面能来获得。目前已有一些关于超疏水超亲油或超亲水超疏油材料的报道，包括纺织物、滤纸、碳纳米管石墨烯混合气凝胶、金属网和海绵等实现油水分离。这些材料都可以在吸油时保持疏水性，并且具有较高油水分离效率和高选择性。但是分别存在机械稳定性较差，在恶劣条件下(如海面波浪和狂风)遭到破坏失去对油的吸收能力，制备过程复杂，和需要昂贵的实验设备(如可编程的浸没机器人、磁溅射装置和电化学实验仪器)等问题，不适合处理大面积溢油。与前述材料相比，由于柔软多孔材料具有三维立体空间网状结构不易被堵塞，因此适合吸收液体并被用于油水分离行业。

申请号为201610120273.9的专利申请公开了一种利用聚甲基氢硅氧烷(PHMS)、四乙烯基四甲基环四硅氧烷(ViD₄)的加成反应，在海绵的框架表面构筑有机硅氧烷涂层的方法。Wang等(ACS applied materials&interfaces.2013,5(5):1827-1839)利用原位生长纳米金属晶体结构的方法用1H,1H,2H,2H-全氟癸基硫醇(浓度为97％)和十八基硫醇(浓度为96％)制备极端润湿性海绵。Wu等(Polymer Chemistry.2014,5(7):2382-2390)报道了一种用纳米复合材料和四乙基原硅酸(浓度为99.9％)制备具有磁性海绵的方法。Zhu等(The Journal of Physical Chemistry C.2011,115(35):17464-17470)提出通过含有CrO₃和浓硫酸的刻蚀液制备具有极端润湿性的海绵。上述方法都能使普通聚氨酯海绵获得超疏水/超亲油性质，但他们存在设备昂贵，使用了强腐蚀液体、易燃液体以及能挥发有毒蒸汽的溶液等问题，会对环境造成污染并对实验人员构成威胁。为解决这些问题，我们提出一种一步浸泡法使普通聚氨酯海绵获得超疏水/超亲油性质。制备的海绵具有良好的超疏水稳定性和对不同种类油品(正己烷、正十六烷、柴油、花生油和润滑油)的超亲油性。

技术实现要素：

本发明为克服现有制备超疏水超亲油材料存在的困难和问题，本发明提出一种简单、高效、成本低廉的浸泡法，使普通柔软多孔材料获得超疏水/超亲油性质。

本发明的技术方案：

一种快速制备超疏水/超亲油柔软多孔材料的方法，步骤如下：

(1)配制溶液：将0.01～0.4mol/L氢氧化钠溶液、0.01～0.2mol/L氯化铜溶液和0.01～0.2mol/L硬脂酸乙醇溶液按照体积比1:1:2依次混合，搅拌，获得硬脂酸铜溶液；

(2)浸泡处理：将柔软多孔材料浸入硬脂酸铜溶液不少于5s，室温20～30℃；

所述的柔软多孔材料包括丝网、毛毡、羊毛纤维、海绵等；

(3)烘干处理：将浸泡后的柔软多孔材料烘干即获得超疏水/超亲油柔软多孔材料。

本发明的有益效果：

(1)本发明方法设备简单，具有易操作，高效率、低成本、易于大批量制备等优点。

(2)本发明方法无需使用强腐蚀性或具有毒性的溶液，对操作人员和环境的危害小。

(3)本发明方法的制备步骤简单，与现有方法相比明显缩短制备周期。

(4)本发明方法获得的超疏水/超亲油海绵具有良好的疏水性能和亲油性能。水滴在其上的接触角在155.5°左右，滚动角小于5°。不同油滴(正己烷、正十六烷、柴油、花生油和润滑油)在海绵表面能够完全铺展。

附图说明

图1为实施例1中制备超疏水/超亲油海绵流程图。

图2为实施例1中超疏水/超亲油海绵表面的扫描电镜图。

图3为实施例1中超疏水/超亲油海绵表面的扫描电镜图。

图4为实施例1中超疏水/超亲油海绵表面的扫描电镜图。

图5为实施例1中超疏水/超亲油海绵表面的扫描电镜图。

图6为实施例1中超疏水/超亲油海绵表面的疏水示意图。

具体实施方式

以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。

实施例1：

剪裁尺寸为2.5×2.5×2.5cm³的普通聚氨酯海绵。将0.1mol/L氢氧化钠溶液(50mL)，0.05mol/L氯化铜溶液(50mL)和0.05mol/L硬脂酸乙醇溶液(100mL)依次加入烧杯中，并用磁力搅拌器搅拌，获得0.0125mol/L的硬脂酸铜溶液(200mL)。将海绵浸入硬脂酸铜溶液中5s，取出后放入65℃的烘箱中烘20min。烘干后的海绵由原来的白色变为浅蓝色，并呈现超疏水/超亲油性质。图1所示为制备超疏水/超亲油海绵的流程示意图。图2至图5为超疏水/超亲油海绵表面的扫描电镜示意图，可观察到硬脂酸铜以微簇团形式堆叠在海绵表面，硬脂酸铜为片状结构。图6为水滴在超疏水/超亲油海绵表面的疏水示意图，水滴在其上的接触角在155.5°左右。水滴在制备的海绵表面滚动角小于5°，不同油滴(正己烷、正十六烷、柴油、花生油和润滑油等)在其表面能够完全铺展。