超疏水超亲油聚氨酯海绵的制备及其在油水分离方面的应用

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近年来,频繁发生的海面溢油事件以及人类在生产生活中产生的含油废水都对宝贵的水资源造成严重的污染。为了处理这些被污染的水资源,急需研发出一种高效的油水分离材料。具有特殊浸润性能的仿生界面油水分离材料因其高效的油水分离性能引起了人们的广泛关注。但是现有的仿生界面油水分离材料的制备工艺以及油水分离材料本身的性能仍然存在有一定的缺陷,如制备工艺复杂,成本较高,制备过程中大量有害性化学试剂的使用,使用性能差,材料涂层附着率以及涂层与基体之间的粘附力低等。针对以上缺点,本文采用简单、高效、环境友好的方法制备出了具有优异的耐用性能、油水混合物选择性能以及重复使用性能的超疏水超亲油聚氨酯海绵材料。采用孔径约为350μm的商用聚氨酯海绵作为基体,利用简单的溶剂热法和化学气相沉积法对其进行改性,将超疏水纳米氧化锌生长在聚氨酯海绵的三维骨架基体表面,成功的制备了超疏水纳米氧化锌聚氨酯海绵。结果表明,该油水分离材料具有优异的超疏水和超亲油性能,其与水的接触角为160°,而油滴可在2秒内被完全吸收,并且对各种油和有机溶剂都具有较高的吸油能力,均可达自身重量的25倍左右。通过对油水分离后收集的油分进行FT-IR检测分析发现所制备的油水分离材料具有良好的油水分离性能。另外,本实验所制备的油水分离材料的涂层与聚氨酯海绵基体之间具有较强的粘附力,将制备的材料分别置于丙酮溶液和正己烷溶液中超声振荡9个小时之后均仍保持良好的超疏水特性。另外,本实验所制备的油水分离材料具备较好的耐酸碱腐蚀性能和重复使用性能,在重复吸油-脱油过程200次以后仍能保持超疏水超亲油特性。而且,所制备的材料在紫外灯管的照射下可降解有毒的有机溶剂亚甲基蓝。针对溶剂热法不可大批量生产油水分离材料的缺点,通过对前人研发的溶液浸泡法进行改善,利用甲基三氯硅烷的水解与缩聚反应将聚硅氧烷涂覆在聚氨酯海绵三维骨架基体表面,成功制备了超疏水聚硅氧烷/聚氨酯海绵。经改善之后的制备方法与之前的方法相比具有经济、高效和环境友好的优点,而且还可以实现大规模制备。结果表明,超疏水聚硅氧烷/聚氨酯海绵与水的接触角为152°,可以瞬间将油吸收,对各类油品和有机溶剂的吸油能力可达到自身重量的30~35倍左右,具有超疏水超亲油特性。另外,所制备的复合材料具有耐腐蚀性能和重复使用性能,在pH为1-13的溶液中漂浮24个小时后仍具有疏水性能,重复吸油-脱油循环80次之后仍保持疏水亲油状态。
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