CN103977764B - 乳液法制备磁性吸油微球的方法 - Google Patents

乳液法制备磁性吸油微球的方法 Download PDF

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Abstract

一种乳液法制备磁性吸油微球的方法，涉及一种磁性吸油微球的制备方法。本发明的目的是提供一种经济高效、使用灵活、收集方便的磁性吸油微球的制备方法。所述方法步骤如下：步骤一、MTMS(甲基三甲氧基硅烷)用W/O乳状液制备磁性凝胶；步骤二、磁性多孔气凝胶的制备。本发明制备的凝胶微球粒子具有高表面积和相对较大的孔隙体积和不同平均颗粒直径，大约从25μm到几百μm。并且气凝胶具有很好的弹性性能，表现出较好的疏水性能。吸收比率可以达到50-180倍的自身重量。

Description

乳液法制备磁性吸油微球的方法
技术领域
本发明涉及一种磁性吸油微球的制备方法，具体涉及一种乳液法制备磁性吸油微球的制备方法。
背景技术
近年来，随着海上石油资源的日益开发，溢油事故不断增加。世界每年都会发生类似漏油事件，随着工业社会进程的加快，我国石油污染日渐严峻。2010年5月5日，美国墨西哥湾原油泄漏事件引起了国际社会的高度关注，美国南部路易斯安那州沿海一个石油钻井平台当地时间2010年4月20日晚10点左右起火爆炸，造成7人重伤、至少11人失踪，直到2010年7月15日，英国石油公司才宣布，新的控油装置已成功罩住水下漏油点，再无原油流入墨西哥湾。为期近3个月的石油泄漏事件不仅造成巨大的经济损失，给环境带来的压力更是持久且严重的，对水生生态系统造成严重的人为干扰。目前溢油事故的处理方法主要包括物理、生物和化学方法，其中生物方法较慢周期较长切效率低，化学方法会产生二次污染，物理吸附法是较好的处理海洋溢油的方法。但是，目前社会上存在的吸油材料多有吸油效率低，吸油材料本身也是污染源头，二次处理不方便，成本高等缺点。因此制备新型绿色环保吸油材料具有巨大的经济效益和环境效益。
市面上一般都是利用围油栏或者吸油毡来处理溢油，但是由于面积过大，使用起来非常不灵活。如果把面积变小，吸收溢油后的吸油材料又会过于分散，从而导致难以收集打捞，造成二次污染。所以非常有必要开发一种经济高效、使用灵活、收集方便的吸油材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种经济高效、使用灵活、收集方便的磁性吸油微球的制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种乳液法制备磁性吸油微球的方法，具体操作步骤如下：
步骤一、MTMS(甲基三甲氧基硅烷)用W/O乳状液制备磁性凝胶
在烧杯中混合搅拌10-20mL醋酸溶液、3-5mLFeCl3溶液，1-2mL表面活性剂、5-10mL乳化剂，然后加入50-100mLMTMS，在常温下继续搅拌20-60min。将混合液体中加入250-500mL硅油，再加入5-10mL、摩尔浓度为6.5-15mol/L的氨水溶液，搅拌20-60min，然后在40-50℃下凝胶。然后把温度加热到90-120℃，形成磁性凝胶。
本步骤中，所述表面活性剂除了CTAB（十六烷基三甲基溴化铵）之外，其他离子型表面活性剂（包括阳离子表面活性剂与阴离子表面活性剂）、非离子型表面活性剂、两性表面活性剂、复配表面活性剂、其他表面活性剂等均可用于上述实验过程。
本步骤中，所述乳化剂使用W/O乳化剂均可。
步骤二、磁性多孔气凝胶的制备
将磁性凝胶在40-60℃下老化2-4天，继续在40-60℃下用去离子水清洗3-5次、每次8-10h，去除表面活性剂和其它未反应的物质。清洗完后，在40-60℃下用乙醇置换4-6次，每次12-24h。最后用酒精超临界干燥（270-290℃、80-100MPa）得到弹性气凝胶，即磁性多孔MTMS气凝胶。
本发明具有如下有益效果：
1、油包水(W/O)乳液是由聚合体系(分散相)和油(连续相)，交联形成的分散相凝胶粒子。本发明制备的凝胶微球粒子具有高表面积和相对较大的孔隙体积和不同平均颗粒直径，大约从25μm到几百μm。并且气凝胶具有很好的弹性性能，表现出较好的疏水性能。吸收比率可以达到50-180倍的自身重量。
2、本发明产物利用乳液法制备的微球比较均匀，孔隙度高，吸油效率高。
3、制作工艺简单、成本低、使用方便、能够有效吸收多种有机溶剂和油类物质，吸收强度大，吸收比例大，吸附回收即可，吸油材料没有吸收残留、引起二次污染很小。
4、本发明制备的磁性多孔MTMS气凝胶吸油材料内部形成网络结构，能够吸收自身体积很多倍的油，表面明显可以观察到有颗粒状结构，这是Fe3O4磁性粒子。气凝胶的密度很低，孔隙度较高。在气凝胶上有Fe3O4磁性材料沉积在上面，显示磁性，可以被磁铁吸起，收集方法简便，不易残留。
5、本发明制备出的MTMS气凝胶微球吸油材料能够有效吸收俄油、柴油、汽油、花生油、大豆油、橄榄油、四氯化碳、环己烷、乙酸乙酯、石油醚等多种有机溶剂及油品。吸收过后，用市面上销售的磁铁或者电磁铁可以较简便的收集吸油后的气凝胶微球。
6、本发明中制备工艺比较成熟，所以具有极大的生产、应用前景。
具体实施方式
下面对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
具体实施方式一：本实施方式以甲基三甲氧基硅烷(MTMS)为硅源、水为溶剂、醋酸和氨水作为酸碱催化剂，采用酸碱两步法和酒精超临界干燥制备了透明块体气凝胶，采用乳液从有机凝胶超临界萃取溶剂，使生产的高度多孔气凝胶具有高表面积。具体操作步骤如下：
步骤一、MTMS用W/O乳状液制备磁性凝胶
在烧杯中混合搅拌10mL醋酸溶液、3mLFeCl3溶液，1mL表面活性剂CTAB（十六烷基三甲基溴化铵）、5mL乳化剂（SQE-21万能乳化剂购于广州宇泰化工有限公司），然后加入50mLMTMS，在常温下继续搅拌20min。将混合液体中加入250mL硅油，再加入5mL、摩尔浓度为6.5mol/L的氨水溶液，搅拌20min，然后在40℃下凝胶。然后把温度加热到90℃，形成磁性凝胶。
步骤二、磁性多孔气凝胶的制备
将取出的湿凝胶在40℃下老化两天，继续在40℃下用去离子水清洗3次、每次8h，去除表面活性剂和其它未反应的物质。清洗完后，在40℃下用乙醇置换4次，每次12h。最后用酒精超临界干燥得到弹性气凝胶，即磁性多孔MTMS气凝胶。
对本实施方式制备的磁性气凝胶微球吸油材料吸油性能进行系统测试，吸油材料具体使用方法如下：将磁性气凝胶微球均匀的洒在溢油表面，可以看到气凝胶微球吸收油速度很快，油向微球移动并且团聚在一起被吸收。利用电磁铁可以较容易的把吸油后的磁性气凝胶微球吸油材料轻松地吸收，在水面上几乎没有油和吸油微球的残留。
具体实施方式二：本实施方式以甲基三甲氧基硅烷(MTMS)为硅源、水为溶剂、醋酸和氨水作为酸碱催化剂，采用酸碱两步法和酒精超临界干燥制备了透明块体气凝胶，采用乳液从有机凝胶超临界萃取溶剂，使生产的高度多孔气凝胶具有高表面积。具体操作步骤如下：
步骤一、MTMS用W/O乳状液制备磁性凝胶
在烧杯中混合搅拌11mL醋酸溶液、3.5mLFeCl3溶液，2mL表面活性剂十二烷基苯磺酸钠、6mL乳化剂（SQE-21万能乳化剂购于广州宇泰化工有限公司），然后加入50mLMTMS，在常温下继续搅拌20min。将混合液体中加入250mL硅油，再加入5mL、摩尔浓度为6.5mol/L的氨水溶液，搅拌20min，然后在40℃下凝胶。然后把温度加热到90℃，形成磁性凝胶。
步骤二、磁性多孔气凝胶的制备
将取出的湿凝胶在40℃下老化两天，继续在40℃下用去离子水清洗5次、每次8h，去除表面活性剂和其它未反应的物质。清洗完后，在40℃下用乙醇置换4次，每次12h。最后用酒精超临界干燥得到弹性气凝胶，即磁性多孔MTMS气凝胶。
对本实施方式制备的磁性气凝胶微球吸油材料吸油性能进行系统测试，吸油材料具体使用方法如下：将磁性气凝胶微球均匀的洒在溢油表面，可以看到气凝胶微球吸收油速度很快，油向微球移动并且团聚在一起被吸收。利用电磁铁可以较容易的把吸油后的磁性气凝胶微球吸油材料轻松地吸收，在水面上几乎没有油和吸油微球的残留。制备的吸油材料置于150×150cm面积的溢油与水的混合物中，添加溢油30g后，加入制备的吸油材料0.5g，5min能够吸油97%，饱和吸油率达到自身重量的60倍。采用磁铁吸收打捞，吸油彻底，保油率高，达到99%。

Claims (6)

1.一种乳液法制备磁性吸油微球的方法，其特征在于所述方法步骤如下：
步骤一、MTMS用W/O乳状液制备磁性凝胶
在烧杯中混合搅拌10-20mL醋酸溶液、3-5mLFeCl3溶液，1-2mL表面活性剂、5-10mL乳化剂，然后加入50-100mLMTMS，在常温下继续搅拌20-60min；将混合液体中加入250-500mL硅油，再加入5-10mL、摩尔浓度为6.5-15mol/L的氨水溶液，搅拌20-60min，然后在40-50℃下凝胶；然后把温度加热到90-120℃，形成磁性凝胶；
步骤二、磁性多孔气凝胶的制备
将磁性凝胶在40-60℃下老化2-8天，继续在40-60℃下用去离子水清洗3-5次；清洗完后，在40-60℃下用乙醇置换4-6次；最后用酒精超临界干燥得到弹性气凝胶，即磁性多孔MTMS气凝胶，所述超临界干燥温度为270-290℃、压力为80-100MPa。
2.根据权利要求1所述的乳液法制备磁性吸油微球的方法，其特征在于所述表面活性剂为离子型表面活性剂、非离子型表面活性剂、两性表面活性剂或复配表面活性剂。
3.根据权利要求1所述的乳液法制备磁性吸油微球的方法，其特征在于所述表面活性剂为CTAB。
4.根据权利要求1所述的乳液法制备磁性吸油微球的方法，其特征在于所述乳化剂为W/O乳化剂。
5.根据权利要求1所述的乳液法制备磁性吸油微球的方法，其特征在于所述去离子水清洗时，每次清洗8-10h。
6.根据权利要求1所述的乳液法制备磁性吸油微球的方法，其特征在于所述乙醇置换时，每次置换时间为12-24h。
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