超疏水超親油聚氨酯海綿的制備及其在油水分離方面的應(yīng)用

張海軍

摘要：油水混合物是—種常見(jiàn)的環(huán)境污染物，其來(lái)源廣泛，從石油業(yè)、制造業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)等領(lǐng)域到食品餐飲、醫(yī)藥及家居生活無(wú)所不在。而水是生產(chǎn)和生活的重要資源，因此在含油廢水處理過(guò)程中油水分離步驟顯得尤為重要。常規(guī)的油水分離方法有重力法、離心法、吸附法、浮選法和化學(xué)法等。這些傳統(tǒng)的處理方法普遍存在占地面積大、用時(shí)長(zhǎng)、消耗高和分離效率低等缺點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：超疏水 超親油 聚氨酯海綿 油水分離

引言：隨著漏油事故的頻發(fā)及含油廢水的大量排放，油污給水體帶來(lái)的污染日益嚴(yán)重。對(duì)生態(tài)平衡以及人類的健康產(chǎn)生了不可忽視的危害。因此。油污治理已成為當(dāng)今世界亟待解決的問(wèn)題。在目前已有的幾種油污處理方法中，物理吸附法是處理大面積油污染最有效的途徑之一。

—、油水分離濾紙的利備

將所制備的復(fù)合顆粒加入到去離子水中，超聲使其分散均勻。在砂芯漏斗中使其自然沉降至濾紙表面。把自制苯丙乳液稀釋至固含量為4%，用顯色噴霧器將乳液噴淋在濾紙表面，控制上膠量為5%。將處理后的濾紙放入105℃的烘箱中干燥3 h。得到油水分離濾紙。

二、有機(jī)硅改性水性聚氨醑的利備

在三口燒瓶中加入8.34gIPDI、30.0PTMG和0.5g催化劑DPTDL，88℃預(yù)聚反應(yīng)lh后降溫至80℃，加入1.15gDMPA，升溫至90℃反應(yīng)2.5h。然后降溫至55℃下并逐滴加入2.4gAEAPS反應(yīng)0.5h，降溫過(guò)程中可加入適量丙酮調(diào)節(jié)黏度。繼續(xù)加入86gTEA，30℃下反應(yīng)0.5h。得到含疏水側(cè)鏈的預(yù)聚體。將預(yù)聚體在高速攪拌下分散于去離子水中，并通過(guò)減壓蒸餾將殘余的丙酮去除，得到有機(jī)硅改性水性聚氨酯乳液。

三、超疏水銅網(wǎng)的制備

取0.2gMWCNs-ODA超聲分散于20mL丙酮中，待分散均勻后，再加入0.04g有機(jī)硅改性的水性聚氨酯乳液，高速攪拌10min，得到混合溶液。然后利用空氣噴槍。將混合溶液在一定工作壓力下噴涂在銅網(wǎng)表面，干燥后得到超疏水銅網(wǎng)纖維素·SiO₂復(fù)合顆粒的制備方法：（1）把硅膠溶解于6.5%NaOH水溶液中，于700C下加熱20 min。（2）將NaOH，尿素-H₂O（配比為7：12：81）配制溶劑并預(yù)冷至-12℃，把纖維素粉加入預(yù)冷的溶劑中并強(qiáng)力攪拌2min，得到透明的纖維素溶液。（3）將纖維素溶液和硅膠溶液混合，使纖維素與硅膠的質(zhì)量比為4：1，攪拌5 min形成均相溶液，離心脫氣3 min，得到纖維素-SiO₂混合溶液。（4）將200 g液體石蠟和5 g SpanS0加入到500mL的三口燒瓶中。攪拌30 min。（5）緩慢滴入50 g纖維素-SiO₂混合溶液，攪拌速度為600 r/min，于20℃下乳化5 h。（6）用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的稀鹽酸調(diào)節(jié)纖維素-SiO₂混合溶液的pH值為7使體系破乳。析出纖維素-SiO₂復(fù)合顆粒，繼續(xù)攪拌30 min。（7）將混合物離心分離，用丙酮和去離子水依次洗滌，得到纖維素-SiO₂復(fù)合顆粒。

四、性能表征

采用掃描電子顯微鏡觀察樣品的表面形貌：采用傅里葉變換紅外光譜儀表征樣品表面官能團(tuán)的變化，測(cè)試環(huán)境為室溫，數(shù)據(jù)采集范圍為400～4 000 cm-1：采用接觸角測(cè)量?jī)x測(cè)試樣品的接觸角。表征樣品的潤(rùn)濕性能，使用體積為5μL的去離子水為測(cè)試液體記錄測(cè)試液滴與樣品從接觸3到穩(wěn)定的全過(guò)程，通過(guò)儀器分析得到樣品的接觸角值。每個(gè)測(cè)試樣品取5個(gè)不同區(qū)域作為測(cè)試點(diǎn)，取平均值為接觸角最終測(cè)試結(jié)果。

五、油水分離性能測(cè)試

用液體石蠟、汽油、己烷、庚烷、煤油、甲苯和水的混合物來(lái)模擬環(huán)境中的含油廢水。其中油用二甲基黃染成黃色，水用亞甲基藍(lán)染成藍(lán)色。油水混合物共20 mL（各10mL）。將制得的超疏水超親油不銹鋼網(wǎng)折疊成碗狀置于燒杯口上得到一個(gè)簡(jiǎn)易的油水分離裝置，再將混合好的油水混合物20 mL倒入到油水分離裝置中，待分離完成后將分開(kāi)的油和水分別移入量筒中讀出體積，計(jì)算分離效率η。

n=（V₁/V₀）×100%

式中，v₀和v₁分別為分離前后油的體積，mL

六、改性棉纖維的選擇性吸附

吸附選擇性是吸油材料的一個(gè)重要性能，本文以疏水改性效果最好的ASP-15為樣品對(duì)改性棉纖維的吸附選擇性能進(jìn)行探究。未經(jīng)改性的棉纖維對(duì)油和水的吸附?jīng)]有選擇性，能夠同時(shí)吸附2種液體；改性后的棉纖維由于具有優(yōu)異的親油疏水性能，在與油水混合液接觸之后能夠選擇性地吸收油液，進(jìn)一步地，我們對(duì)改性棉纖維的油水分離能力進(jìn)行了探究。改性棉纖維能夠?qū)⒏∮谒娴氖炗鸵约俺劣谒椎穆确卵杆俚匚礁蓛?，使其與水相分離開(kāi)來(lái)，達(dá)到良好的油水分離效果。

七、吸附容量測(cè)試

分別測(cè)試疏水改性棉纖維對(duì)植物油、原油、石蠟油、二甲基硅油和氯仿等幾種不同油類的吸附容量。吸附容量測(cè)量方法依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)AST MF726-2006進(jìn)行。具體方法如下：先測(cè)量疏水改性棉纖維本身的質(zhì)量并記錄，然后將其浸沒(méi)于油類液體中，一般來(lái)說(shuō)。本實(shí)驗(yàn)中棉纖維在浸沒(méi)于油中30s內(nèi)吸附過(guò)程達(dá)到平衡。吸油過(guò)程結(jié)束后，將吸油飽和的棉纖維取出，自然淌干20%隨后測(cè)量其質(zhì)量，平行測(cè)定3組樣品，計(jì)算平均值和偏差，材料的吸附容量通過(guò)公式（1）計(jì)算得到。

C_A（g，g）=（M M₀）/M₀

其中，C_A（g，g）為基于質(zhì)量的吸附容量，M（g）為材料吸油后的質(zhì)量，M₀（g）為材料自身的質(zhì)量。

八、吸附循環(huán)測(cè)試

吸附循環(huán)測(cè)試采用的方法為吸附，擠壓循環(huán)。當(dāng)疏水改性棉纖維第1次吸油飽和后將其取出，置于篩網(wǎng)上，通過(guò)用500 g砝碼將吸油飽和的棉纖維擠壓到底。擠壓完成后重新將壓扁的棉纖維浸沒(méi)于油中進(jìn)行吸附，按照此方式進(jìn)行30次吸附，擠壓循環(huán)，并計(jì)算得到每次循環(huán)的吸附容量與第1次吸附容量的百分比，作為吸附容量保持率，用于分析材料的重復(fù)使用性能。

結(jié)束語(yǔ)：隨著全球工業(yè)發(fā)展。石油產(chǎn)品的使用量在不斷增加。與此同時(shí)在石油產(chǎn)品開(kāi)采、運(yùn)輸、加工等環(huán)節(jié)中，不斷有原油和石油加工品泄漏。對(duì)環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重的影響。此外，汽車燃油中含水超限會(huì)惡化發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)和使用壽命，嚴(yán)重影響行車安全。所以，從水回用、油回收和環(huán)境治理等幾個(gè)方面考慮，無(wú)論是治理含油廢水還是脫除油液中的水分。油水分離過(guò)程都極為迫切與必要。傳統(tǒng)的油水分離方法包括重力分離法、離心分離法、蒸餾分離法和壓濾分離法等，這些分離方法需要高能耗才能達(dá)到油水分離的效果。