【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于油水分離應用，更具體的說是涉及一種可用于低溫環(huán)境有效吸附原油的釋熱型海綿及其制備方法與應用。
技術(shù)介紹
1、海上溢油事故是海洋資源開發(fā)過程中最典型、最嚴重的環(huán)境污染事故之一，不但對海洋生物資源及生態(tài)環(huán)境造成嚴重的危害，還會帶來巨大的經(jīng)濟損失。原油泄漏所產(chǎn)生的水面浮油具有面積大、油層薄、粘度大等特點，如何高效、低成本地高效處理溢油事故仍是一個持續(xù)性的挑戰(zhàn)。
2、目前常用的溢油處理方法主要包括：(1)原位燃燒法；(2)吸附法；(3)噴灑溢油分散劑；(4)微生物修復。其中，吸附法被廣泛認為是處理海上油污染最環(huán)保、高效的一種方法。為了提高吸附材料對高粘度原油的吸附性能，利用原油的溫敏特性，在吸附材料表面引入具有光/電/磁熱轉(zhuǎn)換的材料，可以實現(xiàn)在不同環(huán)境下原油的高效快速吸附。盡管迄今為止高性能吸油材料的開發(fā)已經(jīng)取得了巨大進展，但原油回收過程中的高能耗問題仍是大規(guī)模處理海洋溢油時面臨的巨大挑戰(zhàn)。
3、相變材料是一種通過相變過程吸收和釋放熱量調(diào)控體系溫度的熱管理材料，能有效解決熱能供需在時間、空間或強度方面不匹配造成的問題，從而最大限度地提高能源利用效率。因此，將相變材料耦合至吸附材料中有望實現(xiàn)一段時間內(nèi)的低能耗、高效、持續(xù)吸附高粘度原油。目前常用的相變材料封裝方法主要為真空浸漬法，但該方法存在工藝復雜，封裝均勻性難以保證，封裝穩(wěn)定性差等缺點，這在一定程度上限制了相變材料在環(huán)境修復領域中的應用。
4、綜上所述，目前在海面高粘度原油吸附回收領域中存在以下技術(shù)難題：制備繁瑣，成本高，難以規(guī)模化生產(chǎn)
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的是提供一種可用于低溫環(huán)境有效吸附原油的釋熱型海綿及其制備方法與應用，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，實現(xiàn)制備工藝簡單、成本低廉且低能耗的新型吸油材料的制備，為高效快速地處理海洋溢油事故奠定良好的基礎。
2、為實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提供了如下方案：
3、本專利技術(shù)技術(shù)方案之一：提供一種可用于低溫環(huán)境有效吸附原油的釋熱型海綿的制備方法，包括如下步驟：
4、將海綿依次在含有墨水的稀釋液、含有疏水有機高分子材料的混合液中浸泡后固化得到超疏水墨水改性海綿；
5、將磁性金屬絲固定在軟管內(nèi)部，并將相變材料注入軟管內(nèi)，對軟管進行封端，得到磁性相變芯材；
6、將磁性相變芯材固定于所述超疏水墨水改性海綿內(nèi)部，得到所述釋熱型海綿。
7、本專利技術(shù)首先對海綿進行墨水改性處理和超疏水處理，通過墨水改性處理和超疏水處理可以顯著提高海綿的以下性能：(1)賦予光熱轉(zhuǎn)換性能：墨水中的碳納米顆粒在海綿表面形成一層均勻的具有寬光譜光吸收能力的涂層，從而使海綿表現(xiàn)出良好的光熱轉(zhuǎn)換性能；(2)疏水改性：海綿能夠吸附墨水中的碳顆粒并提供粗糙表面，再通過疏水處理，可以得到超疏水吸油海綿，墨水改性處理和超疏水處理可顯著提高海綿對多種油品及有機溶劑的吸收能力。
8、本專利技術(shù)然后將通過灌裝法制備的磁性相變芯材置于海綿中；灌裝法有效解決了真空浸漬法封裝相變材料存在的工藝復雜、封裝均勻性難以保證、封裝穩(wěn)定性差等復雜問題，有效避免熔融態(tài)相變材料的溶出，且保證了高的封裝穩(wěn)定性和均勻性；在相變芯材中引入磁性金屬絲可以起到磁熱轉(zhuǎn)換以及熱傳導的作用；另外，經(jīng)墨水改性處理和超疏水改性處理的海綿與磁性相變芯材協(xié)同可使吸附材料同時具有光/磁熱效應和儲能性能；具體地，(1)墨水中的碳納米顆粒具有優(yōu)異的光熱特性，在光照下能夠迅速升溫，顯著降低原油的粘度，從而增強海綿對高粘度溢油的吸附能力，協(xié)同相變芯材可以保證復合海綿具有優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)換性能和儲能性能；(2)硅膠管內(nèi)部固定的鐵絲是一種鐵磁性材料，在交變磁場中鐵絲會因電磁感應產(chǎn)生渦流，進而通過鐵的電阻轉(zhuǎn)化為熱量，導致材料溫度升高，進一步協(xié)同相變材料可以使復合海綿具有磁熱轉(zhuǎn)換和儲能性能。相變材料能夠有效儲存鐵絲產(chǎn)生的熱量，并在能量輸入不足時進行釋放，以此保證復合海綿可以長時間保持在較高的溫度水平。
9、本專利技術(shù)所得釋熱型海綿可持續(xù)促進原油吸附，實現(xiàn)了低能耗、高效回收高粘度原油。
10、可選地，所述海綿包括三聚氰胺海綿、聚氨酯海綿中的一種或兩種；所述墨水包括碳素墨水、石墨烯墨水中的一種或兩種；所述磁性金屬絲包括鐵絲、鎳鐵合金絲中的一種或兩種；所述軟管包括硅膠管、熱塑性彈性體管中的一種或兩種；所述相變材料包括聚乙二醇、固體石蠟中的一種或兩種。
11、優(yōu)選地，所述聚乙二醇的分子量為4000～10000。
12、可選地，所述含有墨水的稀釋液中的溶劑包括乙醇、異丙醇和正丁醇中的一種或多種。
13、優(yōu)選地，所述含有墨水的稀釋液中的墨水和溶劑的體積比為1～3:10～30。
14、可選地，所述疏水有機高分子材料包括聚二甲基硅氧烷和/或聚偏氟乙烯；所述含有疏水有機高分子材料的混合液的溶劑包括異丙醇、環(huán)己烷和乙酸乙酯中的一種或多種。
15、優(yōu)選地，所述含有疏水有機高分子材料的混合液中疏水有機高分子材料的濃度為10～30mg/ml。
16、優(yōu)選地，所述浸泡的時間為1～3min；所述固化的溫度為70～90℃，固化的時間為3～6h。
17、優(yōu)選地，將海綿置于含有墨水的稀釋液中浸泡完成后，還包括后續(xù)干燥的步驟。
18、進一步地，所述含有墨水的稀釋液是用墨水和乙醇配制而成；所述墨水的體積分數(shù)為10～50％；所述浸泡的時間為3～6min；所述干燥的溫度為40～80℃，干燥的時間為3～6h。
19、優(yōu)選地，所述海綿的長度、軟管的長度和磁性金屬絲的長度關系為：海綿的長度≥軟管的長度＞磁性金屬絲的長度；所述軟管的內(nèi)徑為0.5～4.75mm，軟管的外徑為1～5mm；所述磁性金屬絲的直徑為0.3～0.95mm；所述軟管的內(nèi)徑＞所述磁性金屬絲的直徑。
20、進一步地，所述海綿、軟管和磁性金屬絲的尺寸在滿足上述條件的基礎上，海綿的尺寸(長度×寬度×高度)進一步優(yōu)選為4～10cm×3～8cm×0.5～2.5cm，更優(yōu)選為6cm×4cm×1cm，軟管的長度進一步優(yōu)選為4～10cm，更優(yōu)選為6cm，鐵絲的長度進一步優(yōu)選為3～8cm，更優(yōu)選為4cm。
21、優(yōu)選地，所述相變材料的注入量為軟管容積的60～90％。
22、優(yōu)選地，所述封端所用的材料包括棉纖維或木棉纖維。
23、本專利技術(shù)技術(shù)方案之二：提供所述可用于低溫環(huán)境有效吸附原油的釋熱型海綿的制備方法制備得到的釋熱型海綿。
24、本專利技術(shù)所述釋熱型海綿為超疏水“三明治”結(jié)構(gòu)光/磁熱儲能復合海綿。
25、本專利技術(shù)技術(shù)方案之三：提供所述釋熱型海綿在溢油處理中的應用。
26、本專利技術(shù)所得釋熱型海綿可實現(xiàn)低能耗、高效溢油處理。
27、本專利技術(shù)公開了以下技術(shù)效果：
28、1、本專利技術(shù)的超疏本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.一種可用于低溫環(huán)境有效吸附原油的釋熱型海綿的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述海綿包括三聚氰胺海綿、聚氨酯海綿中的一種或兩種；和/或，所述墨水包括碳素墨水、石墨烯墨水中的一種或兩種；和/或，所述磁性金屬絲包括鐵絲、鎳鐵合金絲中的一種或兩種；和/或，所述軟管包括硅膠管、熱塑性彈性體管中的一種或兩種；和/或，所述相變材料包括聚乙二醇、固體石蠟中的一種或兩種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述含有墨水的稀釋液中的溶劑包括乙醇、異丙醇和正丁醇中的一種或多種；和/或，所述含有墨水的稀釋液中的墨水和溶劑的體積比為1～3:10～30。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述疏水有機高分子材料包括聚二甲基硅氧烷和/或聚偏氟乙烯；和/或，所述含有疏水有機高分子材料的混合液的溶劑包括異丙醇、環(huán)己烷和乙酸乙酯中的一種或多種；和/或，所述含有疏水有機高分子材料的混合液中疏水有機高分子材料的濃度為10～30mg/mL。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述浸
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，將海綿置于含有墨水的稀釋液中浸泡完成后，還包括后續(xù)干燥的步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述海綿的長度、軟管的長度和磁性金屬絲的長度關系為：海綿的長度≥軟管的長度＞磁性金屬絲的長度；和/或，所述軟管的內(nèi)徑為0.5～4.75mm，軟管的外徑為1～5mm；和/或，所述磁性金屬絲的直徑為0.3～0.95mm；和/或，所述軟管的內(nèi)徑＞所述磁性金屬絲的直徑。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述相變材料的注入量為軟管容積的60～90％。
9.權(quán)利要求1～8任一項所述可用于低溫環(huán)境有效吸附原油的釋熱型海綿的制備方法制備得到的釋熱型海綿。
10.權(quán)利要求9所述釋熱型海綿在溢油處理中的應用。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種可用于低溫環(huán)境有效吸附原油的釋熱型海綿的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述海綿包括三聚氰胺海綿、聚氨酯海綿中的一種或兩種；和/或，所述墨水包括碳素墨水、石墨烯墨水中的一種或兩種；和/或，所述磁性金屬絲包括鐵絲、鎳鐵合金絲中的一種或兩種；和/或，所述軟管包括硅膠管、熱塑性彈性體管中的一種或兩種；和/或，所述相變材料包括聚乙二醇、固體石蠟中的一種或兩種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述含有墨水的稀釋液中的溶劑包括乙醇、異丙醇和正丁醇中的一種或多種；和/或，所述含有墨水的稀釋液中的墨水和溶劑的體積比為1～3:10～30。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述疏水有機高分子材料包括聚二甲基硅氧烷和/或聚偏氟乙烯；和/或，所述含有疏水有機高分子材料的混合液的溶劑包括異丙醇、環(huán)己烷和乙酸乙酯中的一種或多種；和/或，所述含有疏水有機高分子材料的混合液中疏水有機高分子材料的濃...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李一鳴，董麗美，郭世崇，劉雨涵，關軼豪，包木太，
申請(專利權(quán))人：中國海洋大學，
類型：發(fā)明
國別省市：
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