[发明专利]一种中空管状复合吸油材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及吸附功能材料技术，具体为一种中空管状复合吸油材料的制备方法。该吸油材料为一种以石墨烯为表面吸附层、以中空管状多孔聚合物材料为基质层制成的，具有良好的连续、高效吸附油品和油水分离功能。

背景技术

目前，工业有机废水及海上油船、油井的泄漏事故频发，造成的水体环境污染日趋严重，已对水中生物和人类健康构成严重威胁。如何快速处理环境污染事故中的有机污染物成为了研究的热点。其中快速油水分离和高效吸油材料更是亟待开发。石墨烯基多孔聚合物吸油材料作为一种新型功能高分子材料，具有超疏水性、吸收倍率高等特点。2004年，英国曼彻斯特大学物理学家A.K.Geim和K.S.Novoselov在实验室里成功地从石墨中分离出了石墨烯，作为一种二维碳材料，石墨烯及其衍生物因其独特的物理化学性质已引起研究人员极大的关注。石墨烯由于水分子间的结合能远大于石墨烯对水分子的吸附能，因此水分子在石墨烯表面团簇，表现出良好的超疏水性。比利时的O.Leenaerts利用密度泛函理论表明石墨烯具有疏水性（Leenaerts O,Partoens B,Peeters F M.Water on graphene:hydrophobicity and dipole moment using density functional theory[J].Physical Review B,2009,79(23):235440）。国内方面，北京大学、中国人民大学、台湾清华大学等科研机构也对石墨烯的疏水性进行了研究，结果表明，无规则叠放的多层石墨烯易形成微观结构，石墨烯的折叠和聚集易形成纳米结构。这些微观结构和纳米结构增强了其疏水性（Zhang X,Wan S,Pu J,et al.Highly hydrophobic and adhesive performance of graphene films[J].Journal of Materials Chemistry,2011,21(33):12251-12258;Zhou Y,Xu F,Jiang G,et al.Superhydrophobic and high adhesive performance of functionalized graphene films[J].Powder Technology,2012:247-251）。2011年，D.Zha与北京大学的研究人员合作，首先采用扩散法使水或甲醇进入聚偏氟乙烯（PVDF）/石墨烯的二甲基甲酰胺（DMF）分散液，进而获得PVDF/石墨烯凝胶，其后用水替换凝胶中的DMF，通过冻干技术获得超疏水亲油性PVDF/石墨烯多孔材料（Zha D,Mei S,Wang Z,et al.Superhydrophobic polyvinylidene fluoride/graphene porous materials[J].Carbon,2011,49(15):5166-5172.）。然而，该方法在制备过程中需使用溶剂替换凝胶中的DMF，制备工艺复杂。2012年，台湾清华大学的D.D.Nguyen将三聚氰胺海绵浸渍在石墨烯的乙醇分散液中，获得涂覆有石墨烯的海绵，其后在海绵表面浸渍涂覆聚二甲基硅氧烷（PDMS）获得具有超疏水超亲油性的石墨烯基海绵（Nguyen D D,Tai N H,Lee S B,et al.Superhydrophobic and superoleophilic properties of graphene-based sponges fabricated using a facile dip coating method[J].Energy&Environmental Science,2012,5(7):7908-7912.）。该类石墨烯基多孔聚合物吸油材料具有吸附量大、油水选择性好等特点，然而，所制备吸油材料只能用于油水体系的间歇（静态）吸附，无法实现油水体系的连续（动态）高效吸附与分离，工业上规模应用受到限制。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种中空管状复合吸油材料的制备方法。该制备方法是以石墨烯为表面吸附层、以中空管状多孔聚合物材料为基质层，经浸渍涂覆工艺制成，具有工艺相对简单，易产业化实施等特点；该制备方法所得的吸油材料具有吸附量大，油水选择性好，在油品中不溶胀，适用性广泛等特点，有望实现工业化的动态连续油水分离。

本发明解决所述制备方法技术问题的技术方案是：设计一种中空管状复合吸油材料的制备方法，该制备方法以石墨烯为表面吸附层、以中空管状多孔聚合物材料为基质层，并采用如下工艺：