一種埃洛石納米管與聚苯胺複合吸油材料的製作方法

2023-10-21 02:59:02

本發明涉及一種埃洛石納米管與聚苯胺複合吸油材料。

背景技術：

現代社會經濟的發展離不開石油的支持，但是隨著海上石油開採的迅猛增加，井噴、石油輸送管道破裂、海上石油開採平臺爆炸、石油運輸過程中的沉船、撞船、石油洩漏等事件接連不斷，造成石油資源的嚴重浪費，同時對海洋的生態環境帶來空前的災難。

目前對海上溢油常用的處理方法有三種1)使用溢油分散劑將油類乳化分散成細小油滴以促進溢油的自然降解；2)原位燃燒浮油使其自然消失；3)使用吸附劑選擇性吸收水中的油相。其中利用吸油材料吸附海面溢油是一種簡單有效地治理溢油的方法，其具有使用安全、原料豐富及價格低廉的優點。但是傳統的吸油材料如棉花、海綿等無論在產能上還是性能上都不能滿足當前的需要。

高性能吸油樹脂是近年來發展起來的一類新型功能高分子材料，與傳統的吸油材料相比，其具有吸油種類多、選擇性高、吸油速率快、回收方便等優點。中國專利cn102617853a公開了一種泡沫多孔石墨烯/聚吡咯複合吸油材料，首先將氧化石墨烯進行kh570功能化改性，將其與吡咯、苯乙烯或甲基丙烯酸丁酯或甲基丙烯酸十二酯及引發劑混合，然後經水熱處理，得到具有三維結構的吸油材料，其能夠吸收自身重量40-50倍的柴油或煤油，保油性較好。但是其生產成本高，難以應對頻發的溢油事故。中國專利cn101838372a公開了一種以纖維為載體，將聚合物聚合在纖維載體上的吸油材料，首先將纖維載體浸入聚合物共聚體系中，使纖維載體吸附共聚體系液體，然後引發聚合物聚合，得到吸油材料，能夠吸收自身重量4-18倍的苯。保油性較好，但是同樣吸油倍率不高。

技術實現要素：

本發明的主要目的在於提供一種埃洛石納米管與聚苯胺複合吸油材料，其製備成本低、吸油性能強，並且能夠循環利用。

為達到以上目的，本發明提供一種埃洛石納米管與聚苯胺複合吸油材料，通過以下步驟製備：

(1)使用鹽酸溶液對埃洛石納米管進行純化，得到純化埃洛石納米管；

(2)使用矽烷偶聯劑對純化埃洛石納米管進行表面改性，得到改性埃洛石納米管；

(3)向改性埃洛石納米管的水溶液中，依次加入苯胺、苯乙烯、含氟丙烯酸酯、引發劑，聚合反應後得到埃洛石納米管與聚苯胺複合吸油材料。

優選地，步驟(3)中，苯胺與埃洛石納米管的重量比為(0.3～0.8)：1，苯乙烯與埃洛石納米管的重量比為(0.2～0.4)：1，含氟丙烯酸酯與埃洛石納米管的重量比為(0.02～0.12)：1，引發劑與埃洛石納米管的重量比為(0.02～0.06)：1。

優選地，步驟(2)中的矽烷偶聯劑為3-巰丙基三甲氧基矽烷。

優選地，步驟(3)中，所述含氟丙烯酸酯為甲基丙烯酸六氟丁酯或甲基丙烯酸十二氟庚酯。

優選地，步驟(3)中，所述引發劑為過硫酸銨或過硫酸鉀或二者的混合物。

埃洛石納米管是一種常見的天然存在的黏土礦物，其儲量豐富、開採容易、價格低廉。埃洛石納米的化學組成為al2(oh)4si2o5，是一種天然形成的多壁納米管，具有中空的管狀結構和較大的比表面積，具有潛在的高吸油性能。

基於埃洛石納米管的上述優點，本發明提供的埃洛石納米管與聚苯胺複合吸油材料具有以下優點：

(1)生產工藝簡單、易於操作、能夠大規模生產，此外生產成本低；

(2)所述複合吸油材料具有較強的疏水性能和優異的吸油保油性能，由於原料埃洛石納米管具有獨特的孔道結構，其對吸油和保油效果具有良好的強化作用，同時含氟丙烯酸酯的引入可以在複合吸油材料表面形成疏水集團，從而加強吸油的選擇性；

(3)與傳統吸油材料相比，所述複合吸油材料具有高的重複吸油次數；

(4)製備所述複合吸油材料的過程中，對埃洛石納米管進行了表面改性，有利於提高吸油材料的機械性能，從而使得所述複合吸油材料易於回收；

(5)聚合反應以溶液聚合的方式進行，其具有反應速度快、能耗低、副反應少的優點，符合現代綠色生產的要求。

具體實施方式

以下描述用於揭露本發明以使本領域技術人員能夠實現本發明。以下描述中的優選實施例只作為舉例，本領域技術人員可以想到其他顯而易見的變型。

實施例1

一種埃洛石納米管與聚苯胺複合吸油材料的製備方法，包括以下步驟：

(1)配置0.05mol/l的鹽酸溶液，然後稱取一定量的埃洛石納米管分散到上述鹽酸溶液中，配置成濃度為0.1g/ml的混合溶液，經超聲處理1小時後，將混合溶液轉移至水熱反應釜中，於150℃下處理12小時，冷卻到室溫後過濾並用去離子水洗滌，並在110℃下乾燥處理5小時，最後得到純化埃洛石納米管；

(2)將步驟(1)得到的純化埃洛石納米管分散到甲苯中，並向其中加入3-巰丙基三甲氧基矽烷(kh-590)，在110℃下回流處理24小時，過濾所得的混合物用無水乙醇洗滌，最後得到改性埃洛石納米管，其中純化埃洛石納米管與甲苯的質量體積比為10g/l，kh-590與純化埃洛石納米管的質量比為0.02：1；

(3)將步驟(2)得到的改性埃洛石納米管分散到去離子水中，形成0.5g/ml的埃洛石納米管水溶液，經超聲處理5小時後，向其中先後加入苯胺、苯乙烯、甲基丙烯酸六氟丁酯及過硫酸鉀，將上述混合物在磁力攪拌下以500r/min的速率攪拌處理1h後，將其轉移至帶有攪拌的水熱反應釜中於180℃處理6h，其中苯胺的加入量與埃洛石納米管的重量比為0.3：1；苯乙烯的加入量與埃洛石納米管的重量比為0.2：1；甲基丙烯酸六氟丁酯的加入量與埃洛石納米管的重量比為0.12：1；過硫酸鉀的加入量與埃洛石納米管的重量比為0.02：1；

(4)將步驟(3)中的產物冷卻到室溫後，在110℃下乾燥處理4小時，得到最終產物，即埃洛石納米管與聚苯胺複合吸油材料。

採用以下方法，對得到的所述複合吸油材料進行性能測試，測試結果如表1所示。

吸油倍率的測試方法：稱取一定量的吸油材料(n1)放入濾袋，在常溫下將其投入油品(例如苯、甲苯、四氯化碳等)中，每隔0.5h取出，淌滴1min之後稱取吸油後吸油材料的質量(n2)，當n2不再變化時停止測定。

吸油倍率m的計算公式為：

保油率的測試方法：將吸油倍率試驗完成後的吸油材料(重量為n2)放入離心機中，以4000r/min的轉速旋轉5min，取出吸油樹脂，稱取質量(n3)。

保油率p的計算公式為：

重複吸油試驗的方法：將吸油倍率試驗完成後的吸油材料浸泡在80ml乙醇中，在超聲條件下處理6小時，然後抽濾、乾燥；重複試驗吸油過程與上述吸油材料再生過程。

表1

實施例2

一種埃洛石納米管與聚苯胺複合吸油材料的製備方法，包括以下步驟：

(1)配置0.2mol/l的鹽酸溶液，然後稱取一定量的埃洛石納米管分散到上述鹽酸溶液中，配置成濃度為0.6g/ml的混合溶液，經超聲處理1小時後，將混合溶液轉移至水熱反應釜中，於80℃下處理36小時，冷卻到室溫後過濾並用去離子水洗滌，並在120℃下乾燥處理5小時，最後得到純化埃洛石納米管；

(2)將步驟(1)得到的純化埃洛石納米管分散到甲苯中，並向其中加入kh-590，在130℃下回流處理12小時，過濾所得的混合物用無水乙醇洗滌，最後得到改性埃洛石納米管，其中純化埃洛石納米管與甲苯的質量體積比為250g/l，kh-590與純化埃洛石納米管的質量比為0.06：1；

(3)將步驟(2)得到的改性埃洛石納米管分散到去離子水中，形成1.5g/ml的埃洛石納米管水溶液，經超聲處理5小時後，向其中先後加入苯胺、苯乙烯、甲基丙烯酸十二氟庚酯及過硫酸鉀，將上述混合物在磁力攪拌下以500r/min的速率攪拌處理1h後，將其轉移至帶有攪拌的水熱反應釜中於120℃處理10h，其中苯胺的加入量與埃洛石納米管的重量比為0.8：1；苯乙烯的加入量與埃洛石納米管的重量比為0.4：1；甲基丙烯酸十二氟庚酯的加入量與埃洛石納米管的重量比為0.02：1；過硫酸銨的加入量與埃洛石納米管的重量比為0.06：1；

(4)將步驟(3)中的產物冷卻到室溫後，在80℃下乾燥處理8小時，得到最終產物，即埃洛石納米管與聚苯胺複合吸油材料。

對得到的所述複合吸油材料進行性能測試，測試方法同實施例1，測試結果如表2所示。

表2

實施例3

一種埃洛石納米管與聚苯胺複合吸油材料的製備方法，包括以下步驟：

(1)配置0.1mol/l的鹽酸溶液，然後稱取一定量的埃洛石納米管分散到上述鹽酸溶液中，配置成濃度為0.3g/ml的混合溶液，經超聲處理1小時後，將混合溶液轉移至水熱反應釜中，於150℃下處理12小時，冷卻到室溫後過濾並用去離子水洗滌，並在110℃下乾燥處理5小時，最後得到純化埃洛石納米管；

(2)將步驟(1)得到的純化埃洛石納米管分散到甲苯中，並向其中加入kh-590，在120℃下回流處理18小時，過濾所得的混合物用無水乙醇洗滌，最後得到改性埃洛石納米管，其中純化埃洛石納米管與甲苯的質量體積比為100g/l，kh-590與純化埃洛石納米管的質量比為0.04；

(3)將步驟(2)得到的改性埃洛石納米管分散到去離子水中，形成1.0g/ml的埃洛石納米管水溶液，經超聲處理5小時後，向其中先後加入苯胺、苯乙烯、甲基丙烯酸十二氟庚酯及過硫酸銨和過硫酸鉀的混合物，將上述混合物在磁力攪拌下以500r/min的速率攪拌處理1h後，將其轉移至帶有攪拌的水熱反應釜中於150℃處理8h，其中苯胺的加入量與埃洛石納米管的重量比為0.5：1；苯乙烯的加入量與埃洛石納米管的重量比為0.3：1；甲基丙烯酸十二氟庚酯的加入量與埃洛石納米管的重量比為0.06：1；過硫酸銨的加入量與埃洛石納米管的重量比為0.02：1；過硫酸鉀的加入量與埃洛石納米管的重量比為0.02：1。

(4)將步驟(3)中的產物冷卻到室溫後，在100℃下乾燥處理6小時，得到最終產物，即埃洛石納米管與聚苯胺複合吸油材料。

對得到的所述複合吸油材料進行性能測試，測試方法同實施例1，測試結果如表3所示。

表3

以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特徵和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是本發明的原理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明的範圍內。本發明要求的保護範圍由所附的權利要求書及其等同物界定。