CN104151600B - 一种超疏水磁性海绵的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超疏水磁性海绵的制备方法，具体步骤如下：首先，使用二茂铁和干冰为原料，制备具有超疏水性和超顺磁性的海胆状碳包覆四氧化三铁粒子。然后将所述的粒子加入四氢呋喃中，与粘结剂混合。混合均匀后，将使用水和四氢呋喃清洗干净的商业聚氨酯海绵浸于粒子与粘结剂的混合溶液中，取出烘干可得超疏水磁性海绵。此方法简单易行，成本低廉，制备得到的超疏水磁性海绵可用于环境污染治理中。
Description
技术领域
本发明属于功能材料制备技术领域，特别涉及一种超疏水磁性海绵的制备方法。
背景技术
随着人类科技的进步和社会的发展，环境污染成为一个越来越需要得到关注的难题。在各种各样的污染中，有机物污染是一个与人类生活息息相关的问题。如近年来发生的各种有机物泄露事件，污染江河及大海等。因此能够把有机物从水里给分离出来的吸附材料得到了研究人员的广泛关注。人们开发了很多种吸附材料，如超疏水海绵、金属网、高分子膜等。尽管这些材料都已经得到了应用，但是都或多或少的在易分离性、生物相容性和吸附量等方面有着缺陷。因此有必要制备一种具备选择吸附性、大吸附量和容易回收的吸附材料。聚氨酯海绵是一种常见的商业吸附材料，可以通过对其表面进行改性，将其制备成超疏水吸油海绵。如公开号为CN103342827A的中国发明专利公开了一种利用石墨烯对海绵表面改性，进而制备吸油海绵的方法。公开号为CN103601907A的中国发明专利公开了一种超疏水颗粒/壳聚糖骨架复合吸油海绵的制备方法。然而，通过这种改性的海绵仅仅具有吸油的功能，在实际的污染治理应用中，吸附了污染物后的海绵还需要回收，而仅仅拥有超疏水性的海绵在广阔的应用环境里是不易回收的。因此，需要采用一种简易可行的方法制备出具有多功能的超疏水海绵，不但能够拥有吸油的性能，同时要易于回收和重复利用。
发明内容
本发明的所要解决的技术问题是：提出一种成本低廉，制备过程简单的方法来制备超疏水磁性海绵，以达到既能快速大量的吸附有机污染物，又能通过磁性进行回收重复利用的目的。
为解决以上问题，本发明的技术方案是，先在超临界二氧化碳中合成具有超疏水性和超顺磁性的海胆状碳包覆的四氧化三铁微粒，然后将此微粒涂覆在商业聚氨酯海绵的表面，可以获得超疏水磁性海绵。该材料制备工艺简单，可大批量产业化生产，同时具有超疏水性和磁性，可以对有机物进行吸附和回收利用，在环境治理方面具有很大的应用潜力。
如图1所示，本发明的超疏水磁性海绵的制备方法，步骤1：将干燥的2-3g二茂铁放置在一个容积为20ml的不锈钢高压釜内，加入12-14g干冰。将高压釜拧紧后在400℃下加热10-12h。反应结束后打开高压釜可以得到黑色的产物。使用酒精洗涤产物3次，在60℃下干燥后可得到海胆状碳包覆四氧化三铁粒子；步骤2：将一块商业聚氨酯海绵用水和四氢呋喃清洗数遍，然后在60℃下干燥。取0.5-1g海胆状碳包覆四氧化三铁粒子，分散在10ml四氧呋喃中并超声15min。接着往溶液中加入0.1-0.2g的聚二甲基硅氧烷A组分，然后超声30min。再取0.01-0.02g的聚二甲基硅氧烷的B组分(A、B组分体积比为10:1)分散在10ml四氢呋喃中并超声30min；步骤(3)将这两份溶液混合在一起，再将干燥后的海绵浸入此混合溶液中。涂覆完成后，将改性海绵在60℃下烘干。
采用本发明上述方法制备得到的改性海绵，颜色为黑褐色，同时具有超疏水性和磁性。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)目前所采用的制备超疏水材料或涂层的方法通常是对高分子材料的表面进行改性，如果想对材料引入磁性或其他性能，需要进行其他步骤的处理，使得制备方法变得复杂。本发明所使用的制备方法可以通过一步法得到同时具有超疏水性和磁性的碳包覆海胆状四氧化三铁粒子，方法简单，容易操作。
(2)本发明所提供的制备方法中通过简单的涂覆工艺将碳包覆海胆状四氧化三铁粒子附着在商业聚氨酯海绵的表面，在将本来是亲水亲油的海绵表面改性成具有磁性的超疏水表面。该过程工艺简单，切实可行，并可在商业化生产中得到推广。
(3)本发明所制备得到的超疏水磁性海绵对于有机物有着很好的吸附性能，并且可以通过外加磁场控制海绵，在实际应用时回收方便，回收后的海绵可以得到重复利用，提高材料使用率。
附图说明
图1是本发明方法的制备流程图；
图2是本发明实施例1中海胆状碳包覆四氧化三铁粒子的扫描电镜照片；
图3是本发明实施例1中海胆状碳包覆四氧化三铁粒子的接触角；
图4是本发明实施例1中海胆状碳包覆四氧化三铁粒子的磁滞回线；
图5是本发明实施例3中改性前的海绵的接触角；
图6是本发明实施例3中改性后的海绵的接触角；
图7是本发明实施例3中改性海绵在水面上被磁铁吸引的光学照片；
图8是本发明实施例3中改性海绵对于甲苯的循环吸附数据。
具体实施方式
实施例1.制备海胆状碳包覆四氧化三铁粒子
将干燥的2g二茂铁放置在一个容积为20ml的不锈钢高压釜内，加入12g干冰。将釜拧紧后在400℃下加热10h。反应结束后打开高压釜得到黑色的产物。使用酒精洗涤产物3次，在60℃下干燥后可得到超疏水超顺磁性海胆状碳包覆四氧化三铁粒子。
图2是产物的扫描电镜照片，可以看出粒子由许多纳米棒聚集在一起所组成的，呈现出分形的海胆状微纳结构。如图3所示，由接触角测试仪测试得到，该粒子表面与水的接触角为155°。如图4所示，由振动样品磁强计测试得到，该粒子具有超顺磁性。
实施例2.制备海胆状碳包覆四氧化三铁粒子
将干燥的3g二茂铁放置在一个容积为20ml的不锈钢高压釜内，加入14g干冰。将釜拧紧后在400℃下加热12h。反应结束后打开高压釜得到黑色的产物。使用酒精洗涤产物3次，在60℃下干燥后可得到超疏水超顺磁性海胆状碳包覆四氧化三铁粒子。
实施例3.制备超疏水磁性海绵
将一块商业聚氨酯海绵(长宽高均为1cm)用水和四氢呋喃清洗数遍，然后在60℃下干燥。取0.5g按照实施例1所制备得到的海胆状碳包覆四氧化三铁粒子，分散在10ml四氧呋喃中并超声15min。接着往溶液中加入0.1的聚二甲基硅氧烷A组分，然后超声30min。再取0.01的聚二甲基硅氧烷的B组分分散在10ml四氢呋喃中并超声30min。超声完成后将这两份溶液混合在一起，再将干燥后的海绵浸入此混合溶液中。涂覆完成后，将得到改性海绵在60℃下烘干。
如图5和图6所示，由接触角测试仪测试得到，改性前后的海绵接触角分别为112°和141°。如图7所示，改性后的超疏水磁性海绵为黑褐色，并能漂浮在水面上，且能被磁铁所吸引。如图8所示，在吸附溴苯时，本发明改性后的超疏水磁性海绵可以进行循环回收利用。图中方点为海绵的质量，圆点为饱和吸附溴苯后的海绵质量，每一次吸附后都采用蒸馏的方法除去海绵吸附的溴苯，经过五次吸附和脱附后，海绵的质量没有发生明显变化，并且每次均能吸附大量的溴苯。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
一切从本发明的构思出发，不经过创造性劳动所作出的结构变换均落在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种超疏水磁性海绵的制备方法，其特征在于步骤如下：
(1)将干燥的2-3g二茂铁放置在一个容积为20ml的不锈钢高压釜内，加入12-14g干冰，将高压釜拧紧后在400℃下加热10-12h；反应结束后打开高压釜得到黑色的产物；使用酒精洗涤产物3次，在60℃下干燥后可得到海胆状碳包覆四氧化三铁粒子；
(2)将一块商业聚氨酯海绵用水和四氢呋喃清洗数遍，然后在60℃下干燥，取0.5-1g海胆状碳包覆四氧化三铁粒子，分散在10ml四氧呋喃中并超声15min；接着往溶液中加入0.1-0.2g的聚二甲基硅氧烷A组分，然后超声30min；再取0.01-0.02g的聚二甲基硅氧烷的B组分，其中A、B组分体积比为10:1，分散在10ml四氢呋喃中并超声30min；将这两份溶液混合在一起，再将干燥后的海绵浸入此混合溶液中，涂覆完成后，将改性海绵在60℃下烘干，即得到超疏水磁性海绵。
2.根据权利要求1所述的超疏水磁性海绵的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的海胆状碳包覆四氧化三铁粒子为纳米棒所组成的海胆状微纳复合结构粒子，成分为碳和四氧化三铁，并同时具有超疏水性和超顺磁性。
3.根据权利要求1所述的超疏水磁性海绵的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中得到的超疏水磁性海绵颜色为黑褐色，同时具有超疏水性和磁性。
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Legal Events
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| GR01 | Patent grant | ||
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