CN108579128B - 一种超疏水超亲油麻布袋的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于材料表面改性、复合新材料技术领域，尤其涉及一种超疏水超亲油麻布袋的制备方法。本发明首先将麻布袋和由棉花、海绵或木质纤维素粉组成的吸附材料进行预处理，然后用甲苯、热塑性弹性体、硅橡胶和纳米疏水二氧化硅颗粒按一定质量比配制成的混合溶液浸渍经预处理过的麻布袋得到超疏水麻布袋，将预处理过的吸附材料装入超疏水麻布袋得到超疏水超亲油麻布袋。本发明制备的超疏水超亲油麻布袋能够同时实现水表面粘性浮油的收集以及油包水乳液的快速分离，并且完成油吸附的分离体系经过简单挤压且通过乙醇简单清洗并烘干后可以重复使用，高效环保，可以广泛应用于海洋溢油处理、工业污水净化、食品废油处理等方面。
Description
技术领域
本发明属于材料表面改性、复合新材料技术领域，尤其涉及一种超疏水超亲油麻布袋的制备方法。
背景技术
随着社会经济与社会工业化的发展与进步，石油采集与石油精炼增长迅速，与此同时所带来油泄漏与含油废水问题也同样对生态环境造成了巨大的威胁。因此，开发能够有效处理油水污染物的新材料与新的技术刻不容缓。目前，许多有关石油泄漏处理的分离材料已经被开发出来，例如炭基材料，分离器，分离膜与吸附橡胶等。然而，由于油的粘附性，绝大部分此类材料难以被用于处理粘性浮油。
目前，越来越多的科研人员关注在具备特殊浸润性的膜材料，这种膜能够有效地分离油水乳液。然而，为了能够有效地分离含有极多微小乳滴的油水乳液，分离材料的孔径将受到严格控制，这将导致在分离过程中膜通量的严重下降。并且，微滤法需要额外的能量来驱动油乳通过膜层从而带来了能量耗费，这同样不利于膜材料的大规模商业化制备。
目前，具备特殊浸润性的吸附材料由于其独特的优势—不受因孔阻塞而带来通量限制从而备受关注。但是，将这些吸附材料直接应用于分离油水乳液仍是一个世界性难题。此外，这些吸附材料无法具备同时收集水上浮油与分离油水乳液的能力。因此，我们迫切需要开发一种可同时收集水上浮油与分离油水乳液且经济环保的新技术。
发明内容
为解决上述现有技术的不足，本发明提供了一种超疏水超亲油麻布袋的制备方法。
本发明的技术方案：
一种超疏水超亲油麻布袋的制备方法，步骤如下：
步骤一、麻布袋与吸附材料的预处理：
将麻布袋和吸附材料浸入由过氧化氢、氢氧化钠和蒸馏水按一定质量比制备的混合溶液中，室温下搅拌一定时间后，用一定质量百分数的盐酸将反应体系pH值调至中性，将麻布袋和吸附材料取出后用蒸馏水洗涤3～5次，洗涤后的麻布袋和吸附材料置于一定温度的烘箱内烘干至质量恒定，得到干燥的麻布袋和吸附材料；
步骤二、制备超疏水超亲油麻布袋：
将步骤一预处理过的麻布袋浸渍在由甲苯、热塑性弹性体、硅橡胶和纳米疏水二氧化硅颗粒按一定质量比制备的混合溶液中，将经过浸渍的麻布袋取出并转移至烘箱中烘制一定时间，取出未完全干燥的麻布袋浸泡在乙醇中，浸泡一定时间后取出麻布袋并置于烘箱中一定温度下烘干至恒重，将步骤一预处理过的吸附材料放入麻布袋中得到超疏水超亲油麻布袋。
进一步的，步骤一所述吸附材料为棉花、海绵或木质纤维素粉中的一种或几种的组合。
进一步的，步骤一所述氢氧化钠与过氧化氢的质量比为1：(1～8)；所述氢氧化钠与蒸馏水的质量比为1：(20～100)。
进一步的，步骤一所述室温下搅拌的时间为5～12h，所述盐酸质量份数为15～37％，所述洗涤后的麻布袋和吸附材料的烘干温度为40～70℃。
进一步的，步骤二所述甲苯、热塑性弹性体、硅橡胶和纳米疏水二氧化硅颗粒质量比为100：(0.1～0.6)：(0.1～0.4)：(0.1～1)，所述纳米疏水二氧化硅颗粒的粒径为0.2～5μm。
进一步的，步骤二所述麻布袋在烘箱中烘制的温度是40℃，烘制时间是1～50min。
进一步的，步骤二所述麻布袋在乙醇中浸泡的时间为1～60min。
进一步的，步骤二所述麻布袋在烘箱中烘干至恒重的温度是50～60℃。
本发明的有益效果：
1、由本发明制备的超疏水麻布袋与超亲油吸附材料组成的新型油水分离体系，能够同时实现水表面粘性浮油的收集以及油包水乳液的快速分离，并且完成油吸附的分离体系经过简单挤压且通过乙醇简单清洗并烘干后可以重复使用，高效环保。
2、本发明通过浸凃技术，采用粘接原理结合有机无机纳米粒子复合的方法达到粗糙结构和低表面能在基材表面的同时实现，从而赋予了生物质基材表面稳定和耐久的特殊浸润特性。
3、本发明提供的制备方法可行性高，操作工艺简单，资金投入少，制备周期短，反应条件温和，不需要大型仪器设备，可以实现大规模的工业化生产加工，可以广泛应用于海洋溢油处理、工业污水净化、食品废油处理等方面。
附图说明
图1为实施例6步骤二制备的超疏水超亲油麻布袋织物放大3000倍的电镜照片，
图2为实施例6步骤一预处理后的麻布袋织物放大3000倍的电镜照片，
图3为实施例6步骤一预处理后的麻布袋织物与水滴的接触角照片，
图4为实施例6步骤二制备的超疏水超亲油麻布袋织物与水滴的接触角照片，
图5为实施例6制备的超疏水超亲油麻布袋处理水面浮油过程中的照片，
图6为实施例6制备的超疏水超亲油麻布袋处理水面浮油后的照片，
图7为甲苯与水混合溶液经分散制得的油包水乳液的照片，
图8为实施例6制备的超疏水超亲油麻布袋处理油包水乳液后的照片。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步的说明，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。
实施例1
一种超疏水超亲油麻布袋的制备方法，步骤如下：
步骤一、麻布袋与吸附材料的预处理：
将麻布袋和吸附材料浸入由过氧化氢、氢氧化钠和蒸馏水按一定质量比制备的混合溶液中，室温下搅拌一定时间后，用一定质量百分数的盐酸将反应体系pH值调至中性，将麻布袋和吸附材料取出后用蒸馏水洗涤3～5次，洗涤后的麻布袋和吸附材料置于一定温度的烘箱内烘干至质量恒定，得到干燥的麻布袋和吸附材料；
步骤二、制备超疏水超亲油麻布袋：
将步骤一预处理过的麻布袋浸渍在由甲苯、热塑性弹性体、硅橡胶和纳米疏水二氧化硅颗粒按一定质量比制备的混合溶液中，将经过浸渍的麻布袋取出并转移至烘箱中烘制一定时间，取出未完全干燥的麻布袋浸泡在乙醇中，浸泡一定时间后取出麻布袋并置于烘箱中一定温度下烘干至恒重，将步骤一预处理过的吸附材料放入麻布袋中得到超疏水超亲油麻布袋。
实施例2
一种超疏水超亲油麻布袋的制备方法，步骤如下：
步骤一、麻布袋与吸附材料的预处理：
将麻布袋和由棉花、海绵或木质纤维素粉中的一种或几种组成的吸附材料浸入由过氧化氢、氢氧化钠和蒸馏水制备的混合溶液中，其中氢氧化钠与过氧化氢的质量比为1：(1～8)，氢氧化钠与蒸馏水的质量比为1：(20～100)，室温下搅拌5～12h，用质量百分数为15～37％盐酸将反应体系pH值调至中性，将麻布袋和吸附材料取出后用蒸馏水洗涤3～5次，洗涤后的麻布袋和吸附材料置于40～70℃的烘箱内烘干至质量恒定，得到干燥的麻布袋和吸附材料；
步骤二、制备超疏水超亲油麻布袋：
将步骤一预处理过的麻布袋浸渍在由甲苯、热塑性弹性体、硅橡胶和纳米疏水二氧化硅颗粒制备的混合溶液中，其中甲苯、热塑性弹性体、硅橡胶和纳米疏水二氧化硅颗粒质量比为100：(0.1～0.6)：(0.1～0.4)：(0.1～1)，所述纳米疏水二氧化硅颗粒的粒径为0.2～5μm，将经过浸渍的麻布袋取出并转移至40℃烘箱中烘制1～50min，取出未完全干燥的麻布袋浸泡在乙醇中，浸泡1～60min后取出麻布袋并置于烘箱中50～60℃烘干至恒重，将步骤一预处理过的吸附材料放入麻布袋中得到超疏水超亲油麻布袋。
实施例3
一种超疏水超亲油麻布袋的制备方法，步骤如下：
步骤一、麻布袋与吸附材料的预处理：
将麻布袋和由棉花组成的吸附材料浸入由过氧化氢、氢氧化钠和蒸馏水制备的混合溶液中，其中氢氧化钠与过氧化氢的质量比为1：1，氢氧化钠与蒸馏水的质量比为1：20，室温下搅拌5h，用质量百分数为15％盐酸将反应体系pH值调至中性，将麻布袋和吸附材料取出后用蒸馏水洗涤3次，洗涤后的麻布袋和吸附材料置于40℃的烘箱内烘干至质量恒定，得到干燥的麻布袋和吸附材料；
步骤二、制备超疏水超亲油麻布袋：
将步骤一预处理过的麻布袋浸渍在由甲苯、热塑性弹性体、硅橡胶和纳米疏水二氧化硅颗粒制备的混合溶液中，其中甲苯、热塑性弹性体、硅橡胶和纳米疏水二氧化硅颗粒质量比为100：0.1：0.1：0.1，纳米疏水二氧化硅颗粒的粒径为0.2～5μm，将经过浸渍的麻布袋取出并转移至40℃烘箱中烘制1min，取出未完全干燥的麻布袋浸泡在乙醇中，浸泡1min后取出麻布袋并置于烘箱中50℃烘干至恒重，将步骤一预处理过的吸附材料放入麻布袋中得到超疏水超亲油麻布袋。
实施例4
一种超疏水超亲油麻布袋的制备方法，步骤如下：
步骤一、麻布袋与吸附材料的预处理：
将麻布袋和由海绵组成的吸附材料浸入由过氧化氢、氢氧化钠和蒸馏水制备的混合溶液中，其中氢氧化钠与过氧化氢的质量比为1：2，氢氧化钠与蒸馏水的质量比为1：40，室温下搅拌7h，用质量百分数为20％盐酸将反应体系pH值调至中性，将麻布袋和吸附材料取出后用蒸馏水洗涤4次，洗涤后的麻布袋和吸附材料置于50℃的烘箱内烘干至质量恒定，得到干燥的麻布袋和吸附材料；
步骤二、制备超疏水超亲油麻布袋：
将步骤一预处理过的麻布袋浸渍在由甲苯、热塑性弹性体、硅橡胶和纳米疏水二氧化硅颗粒制备的混合溶液中，其中甲苯、热塑性弹性体、硅橡胶和纳米疏水二氧化硅颗粒质量比为100：0.2：0.2：0.4，纳米疏水二氧化硅颗粒的粒径为0.2～5μm，将经过浸渍的麻布袋取出并转移至40℃烘箱中烘制15min，取出未完全干燥的麻布袋浸泡在乙醇中，浸泡20min后取出麻布袋并置于烘箱中55℃烘干至恒重，将步骤一预处理过的吸附材料放入麻布袋中得到超疏水超亲油麻布袋。
实施例5
一种超疏水超亲油麻布袋的制备方法，步骤如下：
步骤一、麻布袋与吸附材料的预处理：
将麻布袋和由棉花、海绵和木质纤维素粉组成的吸附材料浸入由过氧化氢、氢氧化钠和蒸馏水制备的混合溶液中，其中氢氧化钠与过氧化氢的质量比为1：7，氢氧化钠与蒸馏水的质量比为1：100，室温下搅拌9h，用质量百分数为25％盐酸将反应体系pH值调至中性，将麻布袋和吸附材料取出后用蒸馏水洗涤5次，洗涤后的麻布袋和吸附材料置于60℃的烘箱内烘干至质量恒定，得到干燥的麻布袋和吸附材料；
步骤二、制备超疏水超亲油麻布袋：
将步骤一预处理过的麻布袋浸渍在由甲苯、热塑性弹性体、硅橡胶和纳米疏水二氧化硅颗粒制备的混合溶液中，其中甲苯、热塑性弹性体、硅橡胶和纳米疏水二氧化硅颗粒质量比为100：0.4：0.3：0.8，纳米疏水二氧化硅颗粒的粒径为0.2～5μm，将经过浸渍的麻布袋取出并转移至40℃烘箱中烘制30min，取出未完全干燥的麻布袋浸泡在乙醇中，浸泡40min后取出麻布袋并置于烘箱中60℃烘干至恒重，将步骤一预处理过的吸附材料放入麻布袋中得到超疏水超亲油麻布袋。
实施例6
一种超疏水超亲油麻布袋的制备方法，步骤如下：
步骤一、麻布袋与吸附材料的预处理：
将麻布袋和由木质纤维素粉组成的吸附材料浸入由过氧化氢、氢氧化钠和蒸馏水制备的混合溶液中，其中麻布袋长宽比例为10cm×15cm，木质纤维素粉的粒径为100～1000μm，氢氧化钠与过氧化氢的质量比为1：8，氢氧化钠与蒸馏水的质量比为1：100，室温下搅拌5h，用质量百分数为30％盐酸将反应体系pH值调至中性，将麻布袋和吸附材料取出后用蒸馏水洗涤5次，洗涤后的麻布袋和吸附材料置于50℃的烘箱内烘干至质量恒定，得到干燥的麻布袋和吸附材料；
图2为实施例6步骤一预处理后的麻布袋织物放大3000倍的电镜照片，图2显示出预处理后的麻布织物表面的相对光滑的。
图3为实施例6步骤一预处理后的麻布袋织物与水的接触角照片，图3显示出未经疏水处理的麻布袋织物与水滴的接触角为0°，能够被水完全润湿，是超亲水的材质。
步骤二、制备超疏水超亲油麻布袋：
将步骤一预处理过的麻布袋浸渍在由甲苯、热塑性弹性体TPE、硅橡胶107和纳米疏水二氧化硅颗粒制备的混合溶液中，其中甲苯、热塑性弹性体TPE、硅橡胶107和纳米疏水二氧化硅颗粒质量比为100：0.5：0.4：0.2，纳米疏水二氧化硅颗粒的粒径为0.2～5μm，将经过浸渍的麻布袋取出并转移至40℃烘箱中烘制45min，取出未完全干燥的麻布袋浸泡在乙醇中，浸泡30min后取出麻布袋并置于烘箱中50℃烘干至恒重，将步骤一预处理过的吸附材料放入麻布袋中得到超疏水超亲油麻布袋。
图1为实施例6步骤二制备的超疏水超亲油麻布袋织物放大3000倍的电镜照片，图1显示经过超疏水处理的麻布袋织物表面是粗糙的，可以看出织物表面负载大量的胶团，由于麻布织物的吸附作用和胶黏剂的粘附作用，使得纳米疏水二氧化硅颗粒沉积在麻布织物纤维表面或被胶黏剂团聚在一起，这些颗粒的直径为0.2～5μm，颗粒之间相互交联，从而构建了较高的表面粗糙度。
图4为实施例6步骤二制备的超疏水麻布袋织物与水滴的接触角照片，图4显示经过超疏水处理的麻布袋织物与水滴的接触角为152°，水滴在样品表面呈现球形，是超疏水的材质。
图5为实施例6制备的超疏水超亲油麻布袋处理水面浮油过程中的照片，图6为实施例6制备的超疏水超亲油麻布袋处理水面浮油后的照片，由图5和图6的对比可以看出，填装有吸附材料的麻布袋能够将漂浮在水面上的粘性浮油完全吸附干净。
对比例1
对比例1与实施例6步骤一的制备方法相同，区别仅在于对比例1使用的麻布袋未经进一步的超疏水处理，仅将步骤一预处理过的吸附材料填装在仅预处理过的麻布袋内。
对比例2
对比例2与实施例6的区别仅在于，对比例2使用的吸附材料未经预处理直接填装在步骤二制备的超疏水麻布袋中，步骤二制备超疏水麻布袋的方法与实施例6相同。
将实施例6、对比例1和对比例2制备的麻布袋分别放入含有100mL豆油与500mL水的不混溶的油水混合溶液测试不同处理方法得到的麻布袋处理相同质量水面浮油。
通过对比可以得出，本发明实施例6制备的超疏水多孔麻布袋结合具有吸附能力的超亲水吸附材料可以快速彻底地吸附水面浮油。与仅做超疏水麻布袋的对比例1相比，实施例6所处理的水面浮油彻底且有效而实施例1制备的麻布袋不具备超疏水特性因此无法处理表面浮油。实施例6与仅做预处理的吸附材料填装的普通麻布袋内的对比例2相比，能够快速有效地处理，处理时间节省了40％。
在油包水乳液分离过程中，将木质纤维素粉组成的粉状吸附材料装填到该超疏水麻布袋中，随后将油包水乳液从开口处倒入到装有吸附材料的超疏水麻布袋后，粉装吸附材料因其具备油下亲水能力与吸附能力从而快速吸附到油包水中的水滴吸附到木质纤维素粉表面，与此同时被筛虑出去油分迅速地穿过超亲油布袋底部，最终达到油水分离的目的。
图7为甲苯与水混合溶液经分散制得的油包水乳液的照片，图8为实施例6制备的超疏水超亲油麻布袋处理油包水乳液后的照片，由图7和图8的对比可以看出，经实施例6制备的超疏水超亲油麻布袋吸附处理过的溶液具有良好的透光性，说明油包水乳液中的甲苯已经完全和水分离并由超疏水超亲油麻布袋吸附清除。
Claims (6)
1.一种超疏水超亲油麻布袋的制备方法，其特征在于所述制备方法步骤如下：
步骤一、麻布袋与吸附材料的预处理：
将麻布袋和吸附材料浸入由过氧化氢、氢氧化钠和蒸馏水按一定质量比制备的混合溶液中，室温下搅拌一定时间后，用一定质量百分数的盐酸将反应体系pH值调至中性，将麻布袋和吸附材料取出后用蒸馏水洗涤3～5次，洗涤后的麻布袋和吸附材料置于一定温度的烘箱内烘干至质量恒定，得到干燥的麻布袋和吸附材料；
步骤二、制备超疏水超亲油麻布袋：
将步骤一预处理过的麻布袋浸渍在由甲苯、热塑性弹性体、硅橡胶和粒径为0.2～5μm纳米疏水二氧化硅颗粒按质量比100：(0.1～0.6)：(0.1～0.4)：(0.1～1)制备的混合溶液中，将经过浸渍的麻布袋取出并转移至烘箱中烘制一定时间，取出未完全干燥的麻布袋浸泡在乙醇中，浸泡一定时间后取出麻布袋并置于烘箱中一定温度下烘干至恒重，将步骤一预处理过的吸附材料放入麻布袋中得到超疏水超亲油麻布袋；
所述吸附材料为棉花、海绵或木质纤维素粉中的一种或几种的组合。
2.根据权利要求1所述一种超疏水超亲油麻布袋的制备方法，其特征在于步骤一所述氢氧化钠与过氧化氢的质量比为1：(1～8)；所述氢氧化钠与蒸馏水的质量比为1：(20～100)。
3.根据权利要求2所述一种超疏水超亲油麻布袋的制备方法，其特征在于步骤一所述室温下搅拌的时间为5～12h，所述盐酸质量份数为15～37％，所述洗涤后的麻布袋和吸附材料的烘干温度为40～70℃。
4.根据权利要求3所述一种超疏水超亲油麻布袋的制备方法，其特征在于步骤二所述麻布袋在烘箱中烘制的温度是40℃，烘制时间是1～50min。
5.根据权利要求4所述一种超疏水超亲油麻布袋的制备方法，其特征在于步骤二所述麻布袋在乙醇中浸泡的时间为1～60min。
6.根据权利要求5所述一种超疏水超亲油麻布袋的制备方法，其特征在于步骤二所述麻布袋在烘箱中烘干至恒重的温度是50～60℃。
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