一種用于油水分離的超疏水聚氨酯海綿的制備方法技術

本發明專利技術屬于油水分離技術領域，具體涉及一種用于油水分離的超疏水聚氨酯海綿的制備方法。本發明專利技術使用易得的商業聚氨酯海綿為基底，經聚多巴胺、氧化石墨烯兩步連續包覆進行修飾，然后使用還原劑對海綿表面氧化石墨烯進行還原后得到超疏水聚氨酯海綿。經過上述方法制備得到的海綿具有超疏水性，并且油品的吸附能力優異，可以實現對柴油和原油的吸附。此海綿可以與油水分離裝置進行配合使用，以實現油水分離。本方法制備的海綿具有超疏水性，且機械性能好，能夠實現循環油水分離。能夠實現循環油水分離。能夠實現循環油水分離。

【技術實現步驟摘要】
一種用于油水分離的超疏水聚氨酯海綿的制備方法


[0001]本專利技術屬于油水分離
，特別涉及一種用于油水分離的超疏水聚氨酯海綿的制備方法。

技術介紹

[0002]隨著全球的經濟的快速發展，工業化不斷發展，海上石油運輸以及石油化工等工業也快速發展。然而再進行過程中有很多事故發生，造成大量的石油泄漏。這給環境造成的極大的破壞，會使水生生物帶來極大的威脅。在2021年10月2日在美國加利福尼亞海岸發生了嚴重海上鉆進平臺泄漏事故。大約有3000桶原油泄漏到海上，給附近的居民和生態環境造成了極大的危害，因此能夠有效的實現油水分離，實現水面浮油的回收越來越重要。因此，急需開發一種耐久性的超疏水油水分離材料。
[0003]傳統的油水分離方法因其生產成本高，分離效率低并且有些方法還會對環境產生二次污染，因此急需開發一種方法進行油水分離。目前的吸附材料應用廣泛，但是這些吸附劑的選擇吸附性較差，且可以循環使用的次數低等，在某些使用場景并不能實現有效的油水分離，甚至可能會對水體產生額外的污染。近幾年由于多孔材料成本低，對于油水分離效果好且操作簡便等優點被人們頻繁使用，因此使用商業聚氨酯海綿進行有效的油水分離成為可能。與其他吸附劑相比，聚氨酯海綿油更優異的三維多孔結構，且其具有更優秀的比表面積，孔隙率以及更優秀的機械性能。能夠實現海綿的吸油
?
解油的多次循環，只需要通過物理擠壓的方式就能夠實現油品的回收。通過改變聚氨酯海綿結構表面的粗糙度，以及通過引入納米粒子實現制備超疏水海綿。
[0004]近年來，人們在受海洋貽貝分泌多巴胺而產生粘附功能的啟發，人們逐漸開始通過多巴胺表面修飾構造微納米結構，在結構的表面通過多巴胺的自聚合反應生成聚多巴胺，然后再結合其他物質降低表面能從而制備出超疏水的多孔結構或者膜結構。因此這為超疏水海綿的簡單制備提供了一種新的思慮和途徑。

技術實現思路

[0005]為解決以上所涉及到的技術問題，本專利技術制備采用價廉、易得的商業聚氨酯為基底，通過將聚多巴胺修飾的聚氨酯海綿浸入氧化石墨烯溶液中，并且通過氧化還原反應對結構表面的氧化石墨烯進行還原，最終得到有優越機械性能的超疏水聚氨酯海綿。
[0006]為了達到上述目的，本專利技術提出一種用于油水分離的還原氧化石墨烯改性超疏水聚氨酯海綿的制備方法，包括如下步驟：
[0007]步驟一、在恒溫條件下，將鹽酸多巴胺粉末溶解于燒杯中，隨后調節加入Tris緩沖液(三羥甲基氨基甲烷)調節溶液pH值至堿性，將預處理的聚氨酯海綿放入燒杯中，置于磁力攪拌器中12h～15h后取出，使用無水乙醇和去離子水分別洗滌。隨后取出放在60～65℃鼓風干燥箱中干燥1h～2h，得到聚多巴胺包覆的聚氨酯海綿；
[0008]其中，海綿為商業聚氨酯海綿，其孔徑為40PPI～60PPI。預處理方法是：
[0009]將聚氨酯海綿切成1cm3的正方體塊，將海綿塊放入乙醇溶液中進行超聲清洗1h～2h，再放入去離子水中進行超聲清洗0.5h～1h，取出后在60～65℃鼓風干燥箱中干燥1h～2h，得到預處理的聚氨酯海綿。
[0010]步驟二、稱取氧化石墨烯(GO)粉末通過超聲分散溶解于去離子水中，得到GO水溶液，隨后將步驟一中得到的聚多巴胺包覆的聚氨酯海綿置于溶液中，然后超聲分散使聚氨酯海綿充分吸取GO溶液。隨后通過離心將GO溶液從海綿中甩出。然后將GO包覆的聚多巴胺海綿放入鼓風干燥箱中進行干燥1h～2h，得到多塊氧化石墨烯
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聚多巴胺包覆聚氨酯海綿。
[0011]步驟三、將氫碘酸(HI)溶液于燒杯中，恒溫水浴加熱至70～75℃，取步驟二的氧化石墨烯包覆聚多巴胺海綿置于恒溫加熱的HI溶液中10～15s，隨后取出得到還原氧化石墨烯(rGO)
?
聚多巴胺包覆的聚氨酯海綿，將得到的海綿置于60～65℃鼓風干燥箱中進行干燥1h～2h，得到超疏水的還原氧化石墨烯包覆的聚多巴胺海綿。
[0012]進一步地，步驟一中多巴胺溶液的濃度為1.2～2mg/ml，pH為8～9。
[0013]進一步的，步驟一中磁力攪拌器的設置溫度為25～35℃，轉速為2000～3000r/min。
[0014]進一步的，步驟二中GO水溶液的濃度為3～7mg/ml。
[0015]進一步的，步驟二中，聚多巴胺包覆的聚氨酯海綿浸泡在GO溶液中，使用超聲分散儀器進行超聲分散0.5h～1h。
[0016]進一步的，步驟三中HI溶液的質量分數為55％～58％。在HI溶液中對氧化石墨烯包覆聚多巴胺的聚氨酯海綿進行擠壓，使其充分吸收HI溶液，處理時間為10s～15s。
[0017]本專利技術所制備的還原氧化石墨烯改性超疏水聚氨酯海綿用于油水分離。
[0018]進一步的，本專利技術所制備的還原氧化石墨烯改性超疏水聚氨酯海綿用于水體中柴油或原油的吸附分離。
[0019]與現有技術相比，本專利技術的有益效果：
[0020]現有技術中，采用貽貝仿生學的手段，使用鹽酸多巴胺對材料結構表面進行修飾用于油水分離領域的案例很多，但是大多案例經過改性后的材料在復雜環境下的油水分離環境下表現較差。本專利技術所制備的一種用于油水分離的還原氧化石墨烯改性超疏水聚氨酯海綿是由：聚多巴胺以及氧化石墨烯共同修飾制得。本專利技術中先將聚多巴胺包覆在聚氨酯海綿結構表面。將聚氨酯海綿浸于鹽酸多巴胺溶液中，然后往溶液中加入Tris緩沖溶液，這使得多巴胺在堿性條件下發生自聚合反應生成聚多巴胺并且均勻的涂覆在海綿結構表面，從而增加海綿的結構表面的粗糙度。不僅可以使其和氧化石墨烯牢固的鍵接在一起，而且可以與海綿上的羥基通過化學鍵結合在一起。這為氧化石墨烯的沉積提供了條件。然后通過簡單的浸漬GO溶液，將氧化石墨烯涂覆在聚多巴胺包覆的聚氨酯海綿的表面，從而制備出具有耐久性的氧化石墨烯和聚多巴胺包覆的聚氨酯海綿。然后通過恒溫的HI溶液的氧化還原性將海綿表面的氧化石墨進行還原，即可得到還原氧化石墨烯包覆的超疏水改性海綿，此海綿表現出超疏水性，疏水角高達162
°
。
[0021]本專利技術所制備的一種用于油水分離的還原氧化石墨烯改性超疏水聚氨酯海綿，水接觸角達到162
°
，油滴接觸角為0
°
；對于柴油的吸附容量可以達到自身重量的29.8倍，在經過20次的吸油
?
解油后超疏水海綿的接觸角仍保持150
°
以上。對于原油的首次吸附容量可達到自身重量的24.9倍。可以實現對水下油品的吸收，進行有效的油水分離。
[0022]本專利技術制備所需原材料價廉，易得并且制備過程簡單易懂，反應條件簡單不繁瑣。最終得到的一種用于油水分離的還原氧化石墨烯改性超疏水聚氨酯海綿對油品的吸附效果優異。
附圖說明：
[0023]圖1為本專利技術還原氧化石墨烯
?
聚多巴胺涂覆的聚氨酯海綿的制備流程圖；
[0024]圖2為實施例2中超疏水的還原氧化石墨烯包覆的聚多巴胺聚氨酯海綿的水滴接觸角測試本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種用于油水分離的還原氧化石墨烯改性超疏水聚氨酯海綿的制備方法，其特征在于，具體包括如下步驟：(1)在恒溫條件下，將鹽酸多巴胺粉末溶于水中，加入Tris緩沖液調節多巴胺溶液pH至堿性，將預處理的聚氨酯海綿浸泡在多巴胺溶液中，置于磁力攪拌器中12h～15h后取出、洗滌、干燥，得到聚多巴胺包覆的聚氨酯海綿；(2)將氧化石墨烯粉末超聲分散在去離子水中，得到GO水溶液；將聚多巴胺包覆的聚氨酯海綿浸泡在GO水溶液中，超聲分散使聚多巴胺包覆的聚氨酯海綿充分吸取GO；離心、干燥得到氧化石墨烯包覆聚多巴胺的聚氨酯海綿；(3)將氫碘酸溶液水浴加熱至70～75℃，將氧化石墨烯包覆聚多巴胺的聚氨酯海綿放入氫碘酸溶液中，使其表面的GO轉化為rGO；取出、干燥，即得還原氧化石墨烯改性超疏水聚氨酯海綿。2.根據權利要求1所述的用于油水分離的還原氧化石墨烯改性超疏水聚氨酯海綿的制備方法，其特征在于，多巴胺水溶液的濃度為1.2～2mg/ml，pH為8～9。3.根據權利要求1所述的用于油水分離的還原氧化石墨烯改性超疏水聚氨酯海綿的制備方法，其特征在于，磁力攪拌器的設置溫度為25～35℃，轉速為2000～3000r/min。4.根據權利要求1所述的用于油水分離的還原氧化石墨烯改性超疏水聚氨酯海綿的制備方法，其特征在于，GO水溶液的濃度為3～7mg/ml。5.根據權利要求1所述的用于油水分離的還原氧化...

【專利技術屬性】
技術研發人員：紀虹，郭杰，楊克，蔣軍成，邢志祥，王婷，
申請(專利權)人：常州大學，
類型：發明
國別省市：