CN105688846B - 一种高效油水分离海绵的制备方法 - Google Patents

一种高效油水分离海绵的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高效油水分离海绵的制备方法。采用市售多孔海绵为基体，应用聚甲基氢硅氧烷(PHMS)、四乙烯基四甲基环四硅氧烷(ViD4)的加成反应，在海绵的框架表面构筑有机硅氧烷涂层，即为有机硅疏水材料，从而制备出具有超疏水和超亲油特性的高效油水分离海绵。本发明方法操作简单，原料廉价易得，所制得的高效油水分离海绵能够高效、自动的将层状的油/水混合物实现分离，可循环利用，为开发智能型油水分离材料，缓解生态环境的巨大压力提供一条新的思路。

Description

一种高效油水分离海绵的制备方法
技术领域
本发明属于功能高分子材料制备技术领域，特别涉及一种三维立体的高效油水分离海绵的制备方法。
背景技术
可重复利用的三维立体油水分离材料基于超亲油-超疏水的表面/界面性质，能够高效、自动的将层状的油/水混合物实现分离，甚至可以分离油水乳化液，包括油包水以及水包油乳液。油水分离的问题伴随着原油泄漏而由来已久，经济需求和战争是各类漏油事件的主要原因，一些重大的漏油事件对自然生态和经济带来的伤害无法估量。事故无法完全避免，因此在事故发生之后，高效而及时的应急处理显得尤为重要。超亲油超疏水三维立体材料，无需收集被污染海水，能够高效实现油水的分离，因此打破传统材料和方法的束缚，开发智能型油水分离材料，能够缓解生态环境的巨大压力，从而构筑环保世界，创建绿色未来。。
发明内容
本发明的目的是提供一种高效油水分离海绵的制备方法。
本发明是思路：采用市售多孔海绵为基体，应用聚甲基氢硅氧烷(PHMS)、四乙烯基四甲基环四硅氧烷(ViD4)的加成反应，在海绵的框架表面构筑有机硅氧烷涂层，即为有机硅疏水材料，从而制备出具有超疏水和超亲油特性的高效油水分离海绵。
具体步骤为：
(1)将四乙烯基四甲基环四硅氧烷(ViD4)与催化剂溶于溶剂中，搅拌均匀，然后加入聚甲基氢硅氧烷(PHMS)，继续搅拌均匀，制得浸液。
(2)将干净的市售多孔海绵浸泡在步骤(1)制得的浸液中，完全浸润后，取出海绵并挤出富余的浸液，然后置于干燥箱中于25~150℃的条件下烘干固化，制得硅氧烷改性海绵，即为高效油水分离海绵。
所述聚甲基氢硅氧烷(PHMS)的含氢量为0.1~1.5 wt%。
所述聚甲基氢硅氧烷含有硅氢键，四乙烯基四甲基环四硅氧烷含有双键，四乙烯基四甲基环四硅氧烷与聚甲基氢硅氧烷的用量要求为：0.2≤n双键/n硅氢≤8。
所述溶剂为苯、甲苯、二甲苯、二氯甲烷、四氢呋喃、四氯化碳、丙酮、苯甲醚、异丙醇、环己烷、邻二氯苯和1,4-二氧六环中的一种或多种。
所述催化剂选择对硅氢加成有作用的催化剂体系，包括铂系、镍系、铑系和钌系络合物，具体为氯铂酸、二(三苯基膦)二氯合铂、四（三苯基膦）铂、三（三苯基膦）氯化铑、铂炭、铑炭、钯/Al2O3或钯/CaCO3，催化剂的用量根据不同的催化剂体系来确定。
本发明方法操作简单，原料廉价易得，所制得的高效油水分离海绵能够高效、自动的将层状的油/水混合物实现分离，可循环利用，为开发智能型油水分离材料，缓解生态环境的巨大压力提供一条新的思路。
附图说明
图1为未处理过的海绵和本发明实施例1制得的高效油水分离海绵S2:1被放在水中的沉降情况照片。其中A表示未处理过的海绵，B表示实施例1制得的高效油水分离海绵S2:1，A沉在水底，B浮在水面。
图2为水（经甲基橙染色）和环己烷（经联苯胺黄染色）在未处理过的海绵和本发明实施例1制得的高效油水分离海绵S2:1表面的形态照片。
图3为本发明实施例1制得的高效油水分离海绵S2:1被放在水和正己烷（经联苯胺黄染色）的混合液中，吸附正己烷的过程照片。
具体实施方式
以下实施例所用的聚甲基氢硅氧烷(PHMS)和四乙烯基四甲基环四硅氧烷(ViD4)为工业品，甲苯、氯铂酸和异丙醇为化学纯，海绵为市售多孔海绵，所用水为蒸馏水。
实施例1：
将15 mL的甲苯、氯铂酸-异丙醇溶液（1 wt%）295μL和ViD4 46.78 g（136 mmool），搅拌均匀，然后加入PHMS 4.44g（68 mmol Si-H），继续搅拌均匀，制得浸液。将干净的海绵浸泡在浸液中，完全浸润后，取出并挤出富余的浸液，然后置于干燥箱，于90~100℃的条件下烘干固化，制得硅氧烷改性海绵S2:1。
实施例2：
将15 mL的甲苯、氯铂酸-异丙醇溶液（1 wt%）295μL和ViD4 46.78 g（136 mmol），搅拌均匀，然后加入PHMS 2.22 g（34 mmol Si-H），继续搅拌均匀，制得浸液。将干净的海绵浸泡在浸液中，完全浸润后，取出并挤出富余的浸液，然后置于干燥箱，90~100℃的条件下烘干固化，制得硅氧烷改性海绵S4:1。
实施例3：
将15 mL的甲苯、氯铂酸-异丙醇溶液（1 wt%）295μL和ViD4 46.78 g（136 mmol），搅拌均匀，然后加入PHMS 8.88 g（136 mmol Si-H），继续搅拌均匀，制得浸液。将干净的海绵浸泡在浸液中，完全浸润后，取出并挤出富余的浸液，然后置于干燥箱，90~100℃的条件下烘干固化，制得硅氧烷改性海绵S1:1。
实施例4：
将15 mL的甲苯、氯铂酸-异丙醇溶液（1 wt%）295 μL和ViD4 140.34 g（408mmol），搅拌均匀，然后加入PHMS 4.44 g（68 mmol Si-H），继续搅拌均匀，制得浸液。将干净的海绵浸泡在浸液中，完全浸润后，取出并挤出富余的浸液，然后置于干燥箱，于90~100℃的条件下烘干固化，制得硅氧烷改性海绵S6:1。
实施例5：
将15 mL的甲苯、氯铂酸-异丙醇溶液（1 wt%）295 μL和ViD4 46.78 g（136 mmol），搅拌均匀，然后加入PHMS 17.76 g（272 mmol Si-H），继续搅拌均匀，制得浸液。将干净的海绵浸泡在浸液中，完全浸润后，取出并挤出富余的浸液，然后置于干燥箱，于90~100℃的条件下烘干固化，制得硅氧烷改性海绵S1:2。
实施例6：
将15 mL的甲苯、氯铂酸-异丙醇溶液（1 wt%）295 μL和ViD4 46.78 g（136 mmol），搅拌均匀，然后加入PHMS 26.64 g（408 mmol Si-H），继续搅拌均匀，制得浸液。将干净的海绵浸泡在浸液中，完全浸润后，取出并挤出富余的浸液，然后置于干燥箱，于90~100℃的条件下烘干固化，制得硅氧烷改性海绵S1:3。
实施例7：
将15 mL的甲苯、氯铂酸-异丙醇溶液（1 wt%）295 μL和ViD4 46.78 g（136 mmol），搅拌均匀，然后加入PHMS 35.52 g（544 mmol Si-H），继续搅拌均匀，制得浸液。将干净的海绵浸泡在浸液中，完全浸润后，取出并挤出富余的浸液，然后置于干燥箱，于90~100℃的条件下烘干固化，制得硅氧烷改性海绵S1:4。
实施例8：
将15 mL的甲苯、氯铂酸-异丙醇溶液（1 wt%）295 μL和ViD4 93.56 g（272 mmol），搅拌均匀，然后加入PHMS 2.22 g（34 mmol Si-H），继续搅拌均匀，制得浸液。将干净的海绵浸泡在浸液中，完全浸润后，取出并挤出富余的浸液，然后置于干燥箱，于90~100℃的条件下烘干固化，制得硅氧烷改性海绵S8:1。
实施例9：
将15 mL的甲苯、氯铂酸-异丙醇溶液（1 wt%）295μL和ViD4 23.39 g（68 mmol），搅拌均匀，然后加入PHMS 22.2 g（340 mmol Si-H），继续搅拌均匀，制得浸液。将干净的海绵浸泡在浸液中，完全浸润后，取出并挤出富余的浸液，然后置于干燥箱，于90~100℃的条件下烘干固化，制得硅氧烷改性海绵S1:5。
实施例10：
将15 mL的甲苯、氯铂酸-异丙醇溶液（1 wt%）295 μL和ViD4 46.78 g（136mmool），搅拌均匀，然后加入PHMS 4.44g（68 mmol Si-H），继续搅拌均匀，制得浸液。将6块干净的海绵完全浸润后，取出并挤出富余的浸液，然后先后置于干燥箱，于25℃、50℃、75℃、100℃、125℃和150℃分别烘干固化，制得硅氧烷改性海绵ST25、ST50、ST75、ST100、ST125和ST150。
实施例11：
将15 mL的溶剂（苯1、甲苯2、二甲苯3、二氯甲烷4、四氢呋喃5、四氯化碳6、丙酮7、苯甲醚8、环己烷9、邻二氯苯10、1,4-二氧六环等11种有机溶剂）、氯铂酸-异丙醇溶液（1wt%）295 μL和ViD4 46.78 g（136 mmool），搅拌均匀，然后加入PHMS 4.44g（68 mmol Si-H），继续搅拌均匀，制得浸液。将11块干净的海绵完全浸润后，取出并挤出富余的浸液，然后先后置于干燥箱，于90~100℃下烘干固化，制得硅氧烷改性海绵S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10和S11。
实施例12：
将15 mL的甲苯、适量的催化剂（a氯铂酸、b二(三苯基膦)二氯合铂、c四（三苯基膦）铂、d三（三苯基膦）氯化铑、e铂炭、f铑炭、h钯/Al2O3、i钯/CaCO3）和ViD4 46.78 g（136mmol），搅拌均匀，然后加入PHMS 4.44 g（68 mmol Si-H），继续搅拌均匀，制得浸液。将8块干净的海绵完全浸润后，取出并挤出富余的浸液，然后先后置于干燥箱，于90~100℃下烘干固化，制得硅氧烷改性海绵Sa、Sb、Sc、Sd、Se、Sf、Sg、Sh和Si。

Claims (1)

1.一种高效油水分离海绵的制备方法，其特征在于具体步骤为：
(1)将四乙烯基四甲基环四硅氧烷与催化剂溶于溶剂中，搅拌均匀，然后加入聚甲基氢硅氧烷，继续搅拌均匀，制得浸液；
(2)将干净的市售多孔海绵浸泡在步骤(1)制得的浸液中，完全浸润后，取出海绵并挤出富余的浸液，然后置于干燥箱中于25~150℃的条件下烘干固化，制得硅氧烷改性海绵，即为高效油水分离海绵；
所述聚甲基氢硅氧烷的含氢量为0.1~1.5 wt%；
所述聚甲基氢硅氧烷含有硅氢键，四乙烯基四甲基环四硅氧烷含有双键，四乙烯基四甲基环四硅氧烷与聚甲基氢硅氧烷的用量要求为：0.2≤n双键/n硅氢≤8；
所述溶剂为苯、甲苯、二甲苯、二氯甲烷、四氢呋喃、四氯化碳、丙酮、苯甲醚、异丙醇、环己烷、邻二氯苯和1,4-二氧六环中的一种或多种；
所述催化剂选择对硅氢加成有作用的催化剂体系，包括铂系、铑系和钯系络合物，具体为氯铂酸、二(三苯基膦)二氯合铂、四（三苯基膦）铂、三（三苯基膦）氯化铑、铂炭、铑炭、钯/Al2O3或钯/CaCO3，催化剂的用量根据不同的催化剂体系来确定。
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