CN110684234B - 一种简单、低成本的超轻、超疏水海绵的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种简单、低成本的超疏水海绵材料的制备方法，该方法通过一步式浸渍强氧化剂溶液对商业三聚氰胺海绵进行表面改性处理，而后再由洗涤、干燥即可完成，并得到质量超轻，具有超疏水、超亲油性能的海绵。本发明所述方法具有原料廉价易得、制备简单快捷、无需复杂化学反应或材料制备工艺，易于实现规模化生产与应用等优点。本发明所制备海绵，具有密度低、孔隙率高、耐挤压、吸油倍率高、油水分离能力好、可重复利用率高等优点，是一种新型、高效的超疏水‑超亲油吸附材料，在含油或有机溶剂与水混合物的分离与回收中具有广泛的应用前景。

Description

一种简单、低成本的超轻、超疏水海绵的制备方法
技术领域
本发明属于环境功能材料制备及应用领域，涉及一种海绵及其制备方法，具体涉及一种简单、低成本的超轻、超疏水海绵的制备方法。
背景技术
随着我国经济的快速发展，石油化工、食品加工、餐饮等领域中含油或有机溶剂废水，排放量也逐年增加，已对生态环境、社会经济、人体健康等多方面造成严重的负面影响。因此，迫切需要开发材料对油水实现有效分离，从而解决含油废水带来的环境问题。因此，实现高效的油水分离以及油性液体的高效吸附已经成为当今社会一个非常热点而又急需解决的科学问题。
三聚氰胺海绵是以三聚氰胺树脂作为基体，经过发泡后制得的一种海绵材料。具有三维多孔的网状结构及优异的弹性性能，同时还具有开孔率高，结构稳定，来源丰富，成本低廉，吸附性能好的特点，是一种实现吸油的候选材料。但直接使用的商业三聚氰胺海绵中对油和水的没有吸附选择性。因此，需要将海绵进行表面改性，从既亲水又亲油变为亲油超疏水，从而提升其吸附选择性，以实现油水的高效分离，从而能解决实际的环境问题。目前针对海绵改性的研究中，有报道通过在海绵骨架表面通过气相沉积生长金属纳米颗粒，或涂覆聚四氟乙烯、硫醇、石墨烯等物质，得到超疏水性的表面。但这些改性海绵存在所需改性材料昂贵，或对人体和环境有一定的危害，改性过程操作复杂或需要复杂的仪器设备等问题，使得这些方法在实际应用中受到一定的限制。因此，迫切需要一种具有绿色环保、简单便捷、低成本、易于实现规模化生产等优点的改性制备超疏水亲油海绵的方法。
发明内容
针对现有技术存在的问题和不足，本发明提供一种简单、低成本的方法，以制备具有吸附容量高、吸附速度快、易于分离回收的具有超轻质量的超疏水-超亲油海绵。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案包括如下步骤：
1)配制具有一定量的强氧化剂溶液，并将切割好的具有所需尺寸的商业三聚氰胺海绵浸没入其中；
2)将浸泡一定时间后的海绵取出，并将孔隙中的强氧化剂溶液挤出，用乙醇洗涤后，再干燥即可得到超疏水-超亲油、超轻的海绵。
进一步的，所述商业三聚氰胺海绵为具有成本低、质量轻、孔径小、吸附量高、弹性良好等特点的具有三维多孔的三聚氰胺，孔隙率在98.5～99.5％。
进一步的，所述含强氧化剂为双氧水、过硫酸钾、过硫酸铵、高铁酸钾中任一种。
进一步的，所述双氧水强氧化剂溶液的含量为1～30wt％；过硫酸钾、过硫酸铵、高铁酸钾含量在1～50mmol/L。
进一步的，所述浸泡时间为15～120min。
进一步的，所述干燥温度为40～60℃。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1)本发明操作工艺简单快捷、重复性好，无需复杂的反应与仪器设备，易于规模化的制备。特别是，所用材料廉价易得。
2)本发明所制备疏水亲油海绵具有极低密度，在吸附处理水面油或有机物中，具有超高的吸油倍率，可吸附几百倍自身重量的油或有机物。
3)本发明所制备疏水亲油海绵具有良好的油水选择性吸附分离能力，能快速地选择性的只吸附水面或水下的油及有机物，而不吸水，在含油(或有机溶剂)污水处理、原油(或有机物)泄漏污染处理等领域中具有潜在的应用前景。
4)本发明所制备疏水亲油海绵具有良好的机械性能和循环吸附能力，能在反复挤压和循环利用后保持其原貌以及吸附性能。
附图说明
图1为本发明实施例1制得的超疏水-超亲油海绵的水接触角。
图2为本发明实施例1制得的超疏水-超亲油海绵的疏水亲油性能示意图。
图3为本发明实施例1制得的超疏水-超亲油海绵对不同有机物的吸附倍率图。
图4为本发明实施例2制得的超疏水-超亲油海绵的水接触角。
具体实施方式
下面通过具体实施例并结合附图，对本发明作进一步说明，但不限于此。
实施例1：
取一块三聚氰胺海绵浸没入配制好的含量为10wt％的双氧水溶液中，浸泡30min后将海绵取出，并挤干。采用无水乙醇洗涤海绵表面后，烘干即可得到疏水-超亲油海绵。
根据实施例1制备的超疏水-超亲油海绵经接触角仪测试(图1)，疏水角为157°，可看出海绵具有优异的疏水性。
根据实施例1制备的超疏水-超亲油海绵的疏水亲油性能示意图(图2)，水珠形成球形稳定地立在海绵表面，而油滴则已快速地渗入海绵中，由此可见海绵优异的超疏水-超亲油性。
根据实施例1制备的超疏水-超亲油海绵对于不同有机物的吸附倍率图(图3)，可知看出海绵对于油或有机物有着非常高的吸附量，是一种理想的吸附材料。
实施例2：
取一块三聚氰胺海绵浸没入配制好的含量为5wt％的双氧水溶液中，浸泡60min后将海绵取出，并挤干。采用无水乙醇洗涤海绵表面后，烘干即可得到超疏水-超亲油海绵。
根据实施例2制备的超疏水-超亲油海绵经接触角仪测试(图4)，疏水角为155°，可看出海绵具有优异的疏水性
实施例3：
取一块三聚氰胺海绵浸没入配制好的含量为10mmol/L的过硫酸钾溶液中，浸泡30min后将海绵取出，并挤干。采用无水乙醇洗涤海绵表面后，烘干即可得到超疏水-超亲油海绵。
实施例4：
取一块三聚氰胺海绵浸没入配制好的含量为5mmol/L的过硫酸铵溶液中，浸泡60min后将海绵取出，并挤干。采用无水乙醇洗涤海绵表面后，烘干即可得到超疏水-超亲油海绵。
综上所述，本发明公开了一种简易、低成本的通过强氧化剂以改性制备得到超疏水-超亲油海绵的方法，该方法工艺简单、快捷，无需复杂化学反应或材料制备工艺，易于实现规模化生产与应用。本发明所制备海绵，具有密度低、孔隙率高、耐挤压、吸油率高、油水分离能力好、可重复利用率高等优点，是一种新型、高效的具有超低密度的超疏水-超亲油吸附材料，在含油或有机溶剂与水混合物的分离与回收中具有广泛的应用前景。
有必要在此指出的是，以上所述实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，对于本领域的技术人员根据上述发明内容所做的一些非本质的改进与调整，也视为落在本发明的保护范围内。需要强调的是，此处所描述的具体实施例中的基材尺寸仅仅用以详细叙述本发明内容，并不用于限定本发明。

Claims (7)

1.一种简单、低成本的超轻、超疏水海绵的制备方法，其特征在于，所述方法包括的步骤如下：
(1)配制具有一定量的强氧化剂溶液，并将切割好的具有所需尺寸的商业三聚氰胺海绵浸没入其中；
(2)将浸泡一定时间后的海绵取出，并将孔隙中的强氧化剂溶液挤出，用乙醇洗涤后，再干燥即可得到超轻、超疏水-超亲油的海绵。
2.根据权利要求1所述的一种简单、低成本的超轻、超疏水海绵的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述强氧化剂溶液为双氧水、过硫酸钾、过硫酸铵或高铁酸钾。
3.根据权利要求1所述的一种简单、低成本的超轻、超疏水海绵的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述强氧化剂为双氧水，含量是为5～30wt％；强氧化剂为过硫酸钾、过硫酸铵或高铁酸钾的含量在1～50mmol/L。
4.根据权利要求1所述的一种简单、低成本的超轻、超疏水海绵的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述浸泡时间为15～120min。
5.根据权利要求1所述的一种简单、低成本的超轻、超疏水海绵的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述干燥温度为40～60℃。
6.根据权利要求1所述的一种简单、低成本的超轻、超疏水海绵的制备方法，其特征在于，所述超轻、超疏水-超亲油的海绵的水接触角≥150°，油接触角＝0°。
7.根据权利要求1所述的一种简单、低成本的超轻、超疏水海绵的制备方法得到的质量超轻、具有超疏水性能的海绵，实际的油水分离，含油废水处理中，具有潜在的应用价值。
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