[发明专利]基于表面工程的高效油水分离复合泡沫及其制备方法

说明书

本发明提供了一种基于表面工程的高效油水分离复合泡沫及其制备方法。该高效油水分离复合泡沫的制备方法包括如下步骤：按预设比例将纳米二氧化硅加入到硅烷偶联剂的混合液，在35‑55℃反应40‑60min，得到改性纳米二氧化硅；通过超临界流体发泡技术对聚合物进行处理，得到开孔发泡材料；按预设比例将所得改性纳米二氧化硅加入到乙醇中，配制成溶液；再将所得开孔发泡材料浸没于所得溶液中，经超声负载处理，得到高效油水分离复合泡沫。本发明首次基于聚合物基发泡材料表面工程的构建，通过发泡材料表面形貌结构的调控和化学基团的引入协同改变液滴对其润湿行为，达到超疏水和亲油的目的；该方法具备灵活，成本低，绿色环保等优点。

技术领域

本发明涉及复合材料油水分离技术领域，尤其涉及一种基于表面工程的高效油水分离复合泡沫及其制备方法。

背景技术

各种交通运输的漏油和污水排放对人类生活环境造成了极大的破坏，严重影响了我们生活环境的质量，主要包括工业漏油事故和工业含油废水。传统的油吸附和处理方法主要包括使用吸附剂、植物和微生物降解、燃烧和油分散剂。

目前吸油材料主要分为无机吸油材料、有机天然吸油材料和有机合成吸油材料。其中，无机吸油材料来源广泛，吸油倍率高，但是存在循环利用率低、油水选择性差的问题。有机天然吸油材料吸油的同时也吸水，在实际吸油过程中操作较难。相比于无机吸油材料和有机天然吸油材料，有机合成吸油材料具备亲油疏水的特性，应用较为广泛。

理想的吸油材料需要具有突出的亲脂疏水性能、高的吸油性和可循环性。目前开发的一些能够快速吸油的吸附材料，如碳气凝胶、纤维凝胶、石墨烯支撑材料等吸油材料表现出良好的吸油性能，但考虑到吸油材料的经济问题，这些高吸附材料很难实现大规模生产。

聚合物微孔泡沫被认为是非常有效、廉价和可循环利用的吸附剂材料，但由于制备条件的限制，使得多孔泡沫的孔径小于70nm或难以控制，这限制了其在油水分离方面的应用。

申请号为CN202010783319.1的专利公开了一种吸油疏水海绵的制备方法，先将二氧化硅溶胶与硅烷偶联剂混合，得到改性二氧化硅溶胶；再将密胺海绵加入到改性二氧化硅溶胶的稀释液中，得到二氧化硅改性海绵；然后将二氧化硅改性海绵与聚四氟乙烯乳液以及二甲基甲酰胺混合，得到二氧化硅/聚四氟乙烯改性的海绵；最后将二氧化硅/聚四氟乙烯改性的海绵在240-300℃下真空干燥，得到吸油疏水的海绵成品。该方法的不足之处在于：聚四氟乙烯粒子游离在相互交联的网状结构中，并未通过化学键与二氧化硅、海绵键合，经过后期的高温干燥，部分聚四氟乙烯粒子会流失，造成疏水吸油性能有所下降。

有鉴于此，有必要设计一种改进的基于表面工程的高效油水分离复合泡沫及其制备方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改进的基于表面工程的高效油水分离复合泡沫及其制备方法，通过将硅烷偶联剂键合于纳米二氧化硅表面，再与自制的高性能开孔发泡材料超声负载处理，得到超高疏水性的复合泡沫，而且复合泡沫可以循环利用。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种基于表面工程的高效油水分离复合泡沫的制备方法，包括如下步骤：

S1.纳米二氧化硅改性：按预设比例将纳米二氧化硅加入到硅烷偶联剂的混合液中，在35-55℃反应40-60min，得到改性纳米二氧化硅；

S2.开孔发泡材料制备：通过超临界流体发泡技术对聚合物基材进行处理，得到开孔发泡材料；

S3.高效油水分离复合泡沫制备：按预设比例将步骤S1制备的所述改性纳米二氧化硅加入到乙醇中，配制成溶液；再将步骤S2制备的所述开孔发泡材料浸没于所得溶液中，经超声负载处理，得到高效油水分离复合泡沫。

作为本发明的进一步改进，步骤S2中聚合物基材中添加有导热介质，以提高超临界流体发泡效果。

作为本发明的进一步改进，所述开孔发泡材料的制备方法包括如下步骤：