CN107163573A - 一种埃洛石纳米管与聚苯胺复合吸油材料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种埃洛石纳米管与聚苯胺复合吸油材料，通过以下步骤制备：(1)使用盐酸溶液对埃洛石纳米管进行纯化，得到纯化埃洛石纳米管；(2)使用硅烷偶联剂对纯化埃洛石纳米管进行表面改性，得到改性埃洛石纳米管；(3)向改性埃洛石纳米管的水溶液中，依次加入苯胺、苯乙烯、含氟丙烯酸酯、引发剂，聚合反应后得到埃洛石纳米管与聚苯胺复合吸油材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种埃洛石纳米管与聚苯胺复合吸油材料。
背景技术
现代社会经济的发展离不开石油的支持，但是随着海上石油开采的迅猛增加，井喷、石油输送管道破裂、海上石油开采平台爆炸、石油运输过程中的沉船、撞船、石油泄漏等事件接连不断，造成石油资源的严重浪费，同时对海洋的生态环境带来空前的灾难。
目前对海上溢油常用的处理方法有三种1)使用溢油分散剂将油类乳化分散成细小油滴以促进溢油的自然降解；2)原位燃烧浮油使其自然消失；3)使用吸附剂选择性吸收水中的油相。其中利用吸油材料吸附海面溢油是一种简单有效地治理溢油的方法，其具有使用安全、原料丰富及价格低廉的优点。但是传统的吸油材料如棉花、海绵等无论在产能上还是性能上都不能满足当前的需要。
高性能吸油树脂是近年来发展起来的一类新型功能高分子材料，与传统的吸油材料相比，其具有吸油种类多、选择性高、吸油速率快、回收方便等优点。中国专利CN102617853A公开了一种泡沫多孔石墨烯/聚吡咯复合吸油材料，首先将氧化石墨烯进行KH570功能化改性，将其与吡咯、苯乙烯或甲基丙烯酸丁酯或甲基丙烯酸十二酯及引发剂混合，然后经水热处理，得到具有三维结构的吸油材料，其能够吸收自身重量40-50倍的柴油或煤油，保油性较好。但是其生产成本高，难以应对频发的溢油事故。中国专利CN101838372A公开了一种以纤维为载体，将聚合物聚合在纤维载体上的吸油材料，首先将纤维载体浸入聚合物共聚体系中，使纤维载体吸附共聚体系液体，然后引发聚合物聚合，得到吸油材料，能够吸收自身重量4-18倍的苯。保油性较好，但是同样吸油倍率不高。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种埃洛石纳米管与聚苯胺复合吸油材料，其制备成本低、吸油性能强，并且能够循环利用。
为达到以上目的，本发明提供一种埃洛石纳米管与聚苯胺复合吸油材料，通过以下步骤制备：
(1)使用盐酸溶液对埃洛石纳米管进行纯化，得到纯化埃洛石纳米管；
(2)使用硅烷偶联剂对纯化埃洛石纳米管进行表面改性，得到改性埃洛石纳米管；
(3)向改性埃洛石纳米管的水溶液中，依次加入苯胺、苯乙烯、含氟丙烯酸酯、引发剂，聚合反应后得到埃洛石纳米管与聚苯胺复合吸油材料。
优选地，步骤(3)中，苯胺与埃洛石纳米管的重量比为(0.3～0.8)：1，苯乙烯与埃洛石纳米管的重量比为(0.2～0.4)：1，含氟丙烯酸酯与埃洛石纳米管的重量比为(0.02～0.12)：1，引发剂与埃洛石纳米管的重量比为(0.02～0.06)：1。
优选地，步骤(2)中的硅烷偶联剂为3-巯丙基三甲氧基硅烷。
优选地，步骤(3)中，所述含氟丙烯酸酯为甲基丙烯酸六氟丁酯或甲基丙烯酸十二氟庚酯。
优选地，步骤(3)中，所述引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾或二者的混合物。
埃洛石纳米管是一种常见的天然存在的黏土矿物，其储量丰富、开采容易、价格低廉。埃洛石纳米的化学组成为Al2(OH)4Si2O5，是一种天然形成的多壁纳米管，具有中空的管状结构和较大的比表面积，具有潜在的高吸油性能。
基于埃洛石纳米管的上述优点，本发明提供的埃洛石纳米管与聚苯胺复合吸油材料具有以下优点：
(1)生产工艺简单、易于操作、能够大规模生产，此外生产成本低；
(2)所述复合吸油材料具有较强的疏水性能和优异的吸油保油性能，由于原料埃洛石纳米管具有独特的孔道结构，其对吸油和保油效果具有良好的强化作用，同时含氟丙烯酸酯的引入可以在复合吸油材料表面形成疏水集团，从而加强吸油的选择性；
(3)与传统吸油材料相比，所述复合吸油材料具有高的重复吸油次数；
(4)制备所述复合吸油材料的过程中，对埃洛石纳米管进行了表面改性，有利于提高吸油材料的机械性能，从而使得所述复合吸油材料易于回收；
(5)聚合反应以溶液聚合的方式进行，其具有反应速度快、能耗低、副反应少的优点，符合现代绿色生产的要求。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
实施例1
一种埃洛石纳米管与聚苯胺复合吸油材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)配置0.05mol/L的盐酸溶液，然后称取一定量的埃洛石纳米管分散到上述盐酸溶液中，配置成浓度为0.1g/ml的混合溶液，经超声处理1小时后，将混合溶液转移至水热反应釜中，于150℃下处理12小时，冷却到室温后过滤并用去离子水洗涤，并在110℃下干燥处理5小时，最后得到纯化埃洛石纳米管；
(2)将步骤(1)得到的纯化埃洛石纳米管分散到甲苯中，并向其中加入3-巯丙基三甲氧基硅烷(KH-590)，在110℃下回流处理24小时，过滤所得的混合物用无水乙醇洗涤，最后得到改性埃洛石纳米管，其中纯化埃洛石纳米管与甲苯的质量体积比为10g/L，KH-590与纯化埃洛石纳米管的质量比为0.02：1；
(3)将步骤(2)得到的改性埃洛石纳米管分散到去离子水中，形成0.5g/ml的埃洛石纳米管水溶液，经超声处理5小时后，向其中先后加入苯胺、苯乙烯、甲基丙烯酸六氟丁酯及过硫酸钾，将上述混合物在磁力搅拌下以500r/min的速率搅拌处理1h后，将其转移至带有搅拌的水热反应釜中于180℃处理6h，其中苯胺的加入量与埃洛石纳米管的重量比为0.3：1；苯乙烯的加入量与埃洛石纳米管的重量比为0.2：1；甲基丙烯酸六氟丁酯的加入量与埃洛石纳米管的重量比为0.12：1；过硫酸钾的加入量与埃洛石纳米管的重量比为0.02：1；
(4)将步骤(3)中的产物冷却到室温后，在110℃下干燥处理4小时，得到最终产物，即埃洛石纳米管与聚苯胺复合吸油材料。
采用以下方法，对得到的所述复合吸油材料进行性能测试，测试结果如表1所示。
吸油倍率的测试方法：称取一定量的吸油材料(N1)放入滤袋，在常温下将其投入油品(例如苯、甲苯、四氯化碳等)中，每隔0.5h取出，淌滴1min之后称取吸油后吸油材料的质量(N2)，当N2不再变化时停止测定。
吸油倍率M的计算公式为：
保油率的测试方法：将吸油倍率试验完成后的吸油材料(重量为N2)放入离心机中，以4000r/min的转速旋转5min，取出吸油树脂，称取质量(N3)。
保油率P的计算公式为：
重复吸油试验的方法：将吸油倍率试验完成后的吸油材料浸泡在80ml乙醇中，在超声条件下处理6小时，然后抽滤、干燥；重复试验吸油过程与上述吸油材料再生过程。
表1
实施例2
一种埃洛石纳米管与聚苯胺复合吸油材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)配置0.2mol/L的盐酸溶液，然后称取一定量的埃洛石纳米管分散到上述盐酸溶液中，配置成浓度为0.6g/ml的混合溶液，经超声处理1小时后，将混合溶液转移至水热反应釜中，于80℃下处理36小时，冷却到室温后过滤并用去离子水洗涤，并在120℃下干燥处理5小时，最后得到纯化埃洛石纳米管；
(2)将步骤(1)得到的纯化埃洛石纳米管分散到甲苯中，并向其中加入KH-590，在130℃下回流处理12小时，过滤所得的混合物用无水乙醇洗涤，最后得到改性埃洛石纳米管，其中纯化埃洛石纳米管与甲苯的质量体积比为250g/L，KH-590与纯化埃洛石纳米管的质量比为0.06：1；
(3)将步骤(2)得到的改性埃洛石纳米管分散到去离子水中，形成1.5g/ml的埃洛石纳米管水溶液，经超声处理5小时后，向其中先后加入苯胺、苯乙烯、甲基丙烯酸十二氟庚酯及过硫酸钾，将上述混合物在磁力搅拌下以500r/min的速率搅拌处理1h后，将其转移至带有搅拌的水热反应釜中于120℃处理10h，其中苯胺的加入量与埃洛石纳米管的重量比为0.8：1；苯乙烯的加入量与埃洛石纳米管的重量比为0.4：1；甲基丙烯酸十二氟庚酯的加入量与埃洛石纳米管的重量比为0.02：1；过硫酸铵的加入量与埃洛石纳米管的重量比为0.06：1；
(4)将步骤(3)中的产物冷却到室温后，在80℃下干燥处理8小时，得到最终产物，即埃洛石纳米管与聚苯胺复合吸油材料。
对得到的所述复合吸油材料进行性能测试，测试方法同实施例1，测试结果如表2所示。
表2
实施例3
一种埃洛石纳米管与聚苯胺复合吸油材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)配置0.1mol/L的盐酸溶液，然后称取一定量的埃洛石纳米管分散到上述盐酸溶液中，配置成浓度为0.3g/ml的混合溶液，经超声处理1小时后，将混合溶液转移至水热反应釜中，于150℃下处理12小时，冷却到室温后过滤并用去离子水洗涤，并在110℃下干燥处理5小时，最后得到纯化埃洛石纳米管；
(2)将步骤(1)得到的纯化埃洛石纳米管分散到甲苯中，并向其中加入KH-590，在120℃下回流处理18小时，过滤所得的混合物用无水乙醇洗涤，最后得到改性埃洛石纳米管，其中纯化埃洛石纳米管与甲苯的质量体积比为100g/L，KH-590与纯化埃洛石纳米管的质量比为0.04；
(3)将步骤(2)得到的改性埃洛石纳米管分散到去离子水中，形成1.0g/ml的埃洛石纳米管水溶液，经超声处理5小时后，向其中先后加入苯胺、苯乙烯、甲基丙烯酸十二氟庚酯及过硫酸铵和过硫酸钾的混合物，将上述混合物在磁力搅拌下以500r/min的速率搅拌处理1h后，将其转移至带有搅拌的水热反应釜中于150℃处理8h，其中苯胺的加入量与埃洛石纳米管的重量比为0.5：1；苯乙烯的加入量与埃洛石纳米管的重量比为0.3：1；甲基丙烯酸十二氟庚酯的加入量与埃洛石纳米管的重量比为0.06：1；过硫酸铵的加入量与埃洛石纳米管的重量比为0.02：1；过硫酸钾的加入量与埃洛石纳米管的重量比为0.02：1。
(4)将步骤(3)中的产物冷却到室温后，在100℃下干燥处理6小时，得到最终产物，即埃洛石纳米管与聚苯胺复合吸油材料。
对得到的所述复合吸油材料进行性能测试，测试方法同实施例1，测试结果如表3所示。
表3
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。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的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (5)
1.一种埃洛石纳米管与聚苯胺复合吸油材料，其特征在于，通过以下步骤制备：
(1)使用盐酸溶液对埃洛石纳米管进行纯化，得到纯化埃洛石纳米管；
(2)使用硅烷偶联剂对纯化埃洛石纳米管进行表面改性，得到改性埃洛石纳米管；
(3)向改性埃洛石纳米管的水溶液中，依次加入苯胺、苯乙烯、含氟丙烯酸酯、引发剂，聚合反应后得到埃洛石纳米管与聚苯胺复合吸油材料。
2.根据权利要求1所述的埃洛石纳米管与聚苯胺复合吸油材料，其特征在于，步骤(3)中，苯胺与埃洛石纳米管的重量比为(0.3～0.8)：1，苯乙烯与埃洛石纳米管的重量比为(0.2～0.4)：1，含氟丙烯酸酯与埃洛石纳米管的重量比为(0.02～0.12)：1，引发剂与埃洛石纳米管的重量比为(0.02～0.06)：1。
3.根据权利要求2所述的埃洛石纳米管与聚苯胺复合吸油材料，其特征在于，步骤(2)中的硅烷偶联剂为3-巯丙基三甲氧基硅烷。
4.根据权利要求2所述的埃洛石纳米管与聚苯胺复合吸油材料，其特征在于，步骤(3)中，所述含氟丙烯酸酯为甲基丙烯酸六氟丁酯或甲基丙烯酸十二氟庚酯。
5.根据权利要求2所述的埃洛石纳米管与聚苯胺复合吸油材料，其特征在于，步骤(3)中，所述引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾或二者的混合物。
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