[发明专利]一种用于油水分离的碳纳米管增强的超疏水乙基纤维素海绵的制备方法

说明书

本发明涉及一种用于油水分离的碳纳米管增强的超疏水乙基纤维素海绵的制备方法。具体步骤为：首先制备交联的乙基纤维素，再加入硅烷化疏水改性的碳纳米管，通过成孔剂占位法，得到一种高强度的油水分离超疏水三维多孔材料。本发明创新性地首次使用乙基纤维素作为油水分离的材料，经济高效、制备工艺简单、原料来源广泛、绿色环保、经久耐用，通过交联和引入碳纳米管来协同增强海绵基体，所制得的超疏水多孔海绵具有优异的吸油性、稳定性、可回收性和生物可降解性等优点本发明所述制备方法简单易行，原料可工业化生产，具有很好的推广应用价值。

技术领域

本发明属于高分子材料和功能性材料领域，具体涉及一种用于油水分离的碳纳米管增强的超疏水乙基纤维素海绵的制备方法。

背景技术

近年来，原油开采阵地已经开始从大陆向海洋转移。海上石油的开采已然成为获取能源的重要途径之一，然而各类原油泄漏的事故也愈发屡见不鲜。在对当地的海洋生态环境造成巨大危害的同时，也使得石油泄漏污染的处理工作成为社会各界关注的焦点。如何有效地实现油水分离对海洋生态环境保护具有十分重要的意义。

疏水性三维多孔材料的物理吸收法是一种非常有效的油水分离技术，三维多孔材料拥有高孔隙率、优良的化学稳定性、较大的饱和吸附量、可互通多孔的微观结构从而具有实际应用价值。Maedeh Ramezani等[Ramezani M, Vaezi M R, Kazemzadeh A. Applied Surface Science, 2014, 317(2): 147-153.]以乙基三乙氧基硅烷为前驱体，乙醇为溶剂，氨水为催化剂制得了SiO₂溶胶，将基底玻璃片浸入到溶胶中，烘干的玻璃片用不同浓度的异-三甲氧基硅烷/乙醇溶液进行疏水硅烷化修饰，得到的超疏水表面的水接触角高达160°。Dickerson等[Pham V H, Dickerson J H. Acs Applied Materials & Interfaces,2014, 6(16): 14181-14188.]通过溶液浸泡法用三氯十八烷基硅烷对密胺泡沫进行疏水改性，降低其表面张力从而增大材料表面的疏水性。最终获得的改性泡沫的水接触角为151°，具有超疏水特性。其油水吸收实验表明，改性泡沫的饱和吸收容量分布在80倍以上自身重量，且可以通过吸收/挤压循环实现多次循环油水分离，在1000次循环实验过程中一直保持优异的饱和吸收率。Wang等[Wang X, Xu S, Tan Y, et al. Carbohydrate Polymers, 2016, 140(20): 188-194.]利用十六烷基三甲氧基硅烷（HDTMS）由溶胶-凝胶法制备硅烷化微晶纤维素（MCC），合成的多孔疏水纤维素复合材料可以用于高效油水分离，且循环10次使用过后仍然能够保持高达99.77%的油水分离效率。

然而以上这些疏水性海绵在实际应用中会面临诸多的问题，例如繁复的加工制备过程、昂贵的实验试剂和设备、材料重复使用性差、制备过程中具有二次污染等。尤其是这些改性海绵绝大多数采用聚氨酯和密胺树脂等材料作为模板，其模板制备过程会产生环境污染。虽然海绵的重复利用性良好，但其可回收再生能力较差，尤其是难以在自然环境中降解，不符合绿色化学的概念和时代发展的趋势。本专利使用商品化乙基纤维素，通过一种经济高效、低成本、无污染的制备工艺制得疏水乙基纤维素海绵，通过交联和引入碳纳米管来协同增强海绵基体，所得到的疏水三维多孔海绵具有较好的稳定性、吸油性，合成操作简单，工业化生产可行性好，可以实现大批量生产，在海洋油污染处理过程中具有良好的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于油水分离的碳纳米管增强的超疏水乙基纤维素海绵的制备方法，该方法经济高效、制备工艺简单、原料来源广泛、绿色环保。

本发明提出的一种用于油水分离的碳纳米管增强的超疏水乙基纤维素海绵的制备方法，具体步骤如下：