超疏水超亲油三聚氰胺海绵的制备及其油水分离性能的研究

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近年来,随着经济的发展人们对于石油等能源的需求与日俱增,而石油在开采、运输、储存和使用过程中的泄漏等事故会对水资源造成严重污染。为了更好的处理这些被污染的水资源且能够对油品进行回收利用,目前急需一种有效的油水选择性分离材料来达到这种目的。本文以三聚氰胺海绵为基底,制备出两种超疏水超亲油三聚氰胺海绵和超疏水氧化硅粉末,并对其进行一系列的油水分离试验和各项耐用性能试验。利用盐酸多巴胺的自聚合反应和十二硫铜络合物制备出具有阻燃特性的超疏水超亲油三聚氰胺海绵。结果表明,海绵表面覆盖了一层粗糙不均的微纳米结构,且含有S、Cu等元素;水滴的内外接触角分别为151.2°和151.4°,而油滴能够在1s内被完全吸收至海绵骨架内部,实现了超疏水超亲油特性;另外海绵对各类油品和有机溶剂还具有优异的吸收能力,可达到自身质量的54~77倍;通过对菜籽油、煤油、聚二甲基硅氧烷、大豆油和机油模拟油水分离实验并检测水中含油量可分别达到15.20mg/L、22.62mg/L、24.81mg/L、36.45mg/L和40.85mg/L,当使用新制备的未使用过的超疏水海绵对同一油水混合物进行分离时效果更佳,当使用五片后大豆油的含油量可降低至5.12mg/L;在丙酮和正己烷中超声6h仍能保持良好的疏水特性;此外还具有良好的重复使用性、耐酸碱性能和海水腐蚀能力;更重要的是相对于聚氨酯海绵来说,三聚氰胺海绵具有优异的阻燃特性。通过对祝等人的方法进行改善并将基底更换为三聚氰胺海绵成功制备出超疏水超亲油氧化硅/三聚氰胺海绵。结果表明,海绵表面涂覆了一层具有微纳米粗糙度的氧化硅颗粒;海绵内外骨架水滴的接触角分别为152±2°和156±2°,油滴能够在0.7s内被其完全吸收,实现超疏水超亲油特性;另外海绵还可吸收达到自身质量的70~92倍的油品或有机溶剂;通过对大豆油、润滑油、玉米油、煤油和正辛烷进行模拟油水分离实验并检测水中含油量分别可达到40.56mg/L、38.34mg/L、35.47mg/L、18.99mg/L和15.47mg/L;当使用新制备的未使用过的超疏水海绵对同一油水混合物进行分离时效果更佳,当使用五片后油含量可降低到3.14mg/L,但与初始油含量无关,另外对于乳化油也具有较好分离效果;海绵还具有较好的重复使用性、良好的耐超声性能和耐酸和弱碱腐蚀的能力。通过对第四章中反应溶液进行离心处理,提取出反应固体颗粒得到超疏水超亲油氧化硅粉末。结果表面,其与水滴的接触角可达到152.4°且具有较低的粘附性,而油滴能够在5.94s内被其完全吸收,实现了超疏水超亲油特性;粉末主要为球状,直径在400~500nm之间;在受空间大小限制的油污染领域具有较好的应用。
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