阅读说明：本技术 基于奈米粒子的疏水材料的制备方法及其应用 (Preparation method and application of hydrophobic material based on nanoparticles ) 是由 周永南 周婷 杨昆炫 于 2019-11-05 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种基于奈米粒子的疏水材料的制备方法,包括如下步骤：在二乙烯苯溶液中加入孔洞奈米粒子材料AlTz-68-C18,搅拌均匀,得到分散液；取环己醇和1-十二烷醇的混合液,加入含有甲基丙烯酸基团的单体和二乙二醇二甲基丙烯酸酯,混合均匀得到亲水材料；将所述亲水材料倒入分散液中,加入起始剂,微波反应1min即可。本发明制备方法简单,其疏水材料用作油水分离材料时无需采用基体,且油水分离效果好,可重复利用,并可根据不同应用场合的需求制作成不同的规格形态。(The invention relates to a preparation method of a hydrophobic material based on nanoparticles, which comprises the following steps: adding a hole nano-particle material AlTz-68-C18 into the divinylbenzene solution, and uniformly stirring to obtain a dispersion liquid; taking a mixed solution of cyclohexanol and 1-dodecanol, adding a monomer containing a methacrylic acid group and diethylene glycol dimethacrylate, and uniformly mixing to obtain a hydrophilic material; and pouring the hydrophilic material into the dispersion, adding an initiator, and carrying out microwave reaction for 1 min. The preparation method is simple, the hydrophobic material does not need to adopt a matrix when being used as the oil-water separation material, the oil-water separation effect is good, the hydrophobic material can be repeatedly used, and the hydrophobic material can be made into different specifications and forms according to the requirements of different application occasions.)

基于奈米粒子的疏水材料的制备方法及其应用

技术领域

本发明属于油水分离材料技术领域，具体涉及一种基于奈米粒子的疏水材料的制备方法及其应用。

背景技术

原油开采、运输及加工环节发生的油泄漏污染，是当前全球水污染面临的严峻问题。如2010年发生在美国墨西哥湾的原油泄漏事件，是美国历史上最严重的漏油事故，除了巨额经济损失，还造成毁灭性的环境和生态灾难。

传统的油污染处理方法，如采用化学分散剂、焚烧、撇油器等，不仅费时耗能，还带来二次污染问题，已经逐步被淘汰。但是，引起油污染的有机物不仅包括漂浮在水面的轻油、沉积重油，还包括多种多样的含油乳液，使得开发简便、高效、低成本的油污处理策略面临着诸多难题与挑战。基于仿生策略开发的超疏水/亲油或超疏油/亲水材料，通过过滤能够有效实现油水分离，成为油污染治理领域的研究热门。

目前，大部分超疏水/亲油或超疏油/亲水材料都以海绵为基体进行改性以达到疏水目的，从而实现油水分离，如中国专利公开号为CN107020068B一种用于油水分离的碳纳米管增强的超疏水乙基纤维素海绵的制备方法的发明专利，以乙基纤维素作为油水分离的材料，通过交联和引入碳纳米管来协同增强海绵基体，所制得的超疏水多孔海绵具有优异的吸油性、稳定性、可回收性和生物可降解性等优点，但是改性后的海绵弹性变差，缩短了其使用寿命，重复利用性差，且该制备方法步骤繁杂，制备时间较长，且适用范围有限，从而在实际生产中降低了生产效率，增加了劳动力。

鉴于此，有必要设计一种新的油水分离材料的制备方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种基于奈米粒子的疏水材料的制备方法。

本发明的第二个目的在于提供由上述制备方法所得到的疏水材料。

本发明的第三个目的在于提供由上述疏水材料所制备的油水分离滤板。

本发明的第四个目的在于提供由上述疏水材料所制备的油水分离管柱。

本发明的第一个方面提供了一种基于奈米粒子的疏水材料的制备方法，包括如下步骤：

S1、孔洞奈米粒子材料AlTz-68-C18的分散液的制备

在0.1-1重量份的二乙烯苯溶液中，加入0.5-2.0重量份的孔洞奈米粒子材料AlTz-68-C18，搅拌，使孔洞奈米粒子材料AlTz-68-C18均匀分散在二乙烯苯溶液中，即得到所述的分散液；

S2、亲水材料的制备

取1.5-3.5重量份的环己醇和1.5-3.5重量份的1-十二烷醇，混合均匀后，加入0.5-3.0重量份的含有甲基丙烯酸基团的单体和0.5-3.0重量份的二乙二醇二甲基丙烯酸酯，混合均匀，即得到所述亲水材料；

S3、疏水材料的制备

将S2所制备的亲水材料倒入S1所制备的分散液中，加入0.01-0.1重量份的起始剂，于50-100℃微波反应1min，即可得到疏水材料。

所述甲基丙烯酸基团单体是指含有甲基丙烯酸基团的单体，进一步的，所述甲基丙烯酸基团单体为甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸丁酯、2-乙基己基丙烯酸酯、2-羟基乙基甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸中的一种。

进一步的，所述含有甲基丙烯酸基团的单体与二乙二醇二甲基丙烯酸酯的质量比与其密度比相一致。

所述起始剂又称引发剂，是指一类容易受热分解成自由基(即初级自由基)的化合物，可用于引发烯类、双烯类单体的自由基聚合和共聚合反应，也可用于不饱和聚酯的交联固化和高分子交联反应，进一步的，所述起始剂为偶氮二异丁腈。

进一步的，所述微波反应的温度为80℃。

本发明的第二个方面提供了由上述制备方法所得到的疏水材料。

进一步的，所述疏水材料与水的接触角值为140±5°。

本发明的第三个方面提供了由上述疏水材料所制备的油水分离滤板。

本发明的第四个方面提供了由上述疏水材料所制备的油水分离管柱。

本发明相较于现有技术的有益效果和优势在于：本发明是通过在亲水材料中加入奈米粒子分散液和起始剂后微波反应制成疏水材料的，该制备方法简单快速，且无需以海绵为基体，用于油水分离领域时，其油水分离效果好，且经历十次以上油水分离测试后，其油水分离效率相差无几，由此可见，本发明的疏水材料可重复利用性较好；并可根据不同应用场合的需求制作成如滤板、管柱等不同的规格形态。

附图说明

图1是本发明实施例1制备的滤板外观图片；

图2是本发明实施例7的管柱外观图片一；

图3是本发明实施例7的管柱外观图片二；

图4是本发明实施例1中油水分离滤板表面的疏水示意图，其中，位于滤板表面左方的为水滴，右方的为有机溶剂；

图5是本发明实施例1与水的接触角值，为140o；

图6是本发明实施例1-7的重复分离效率图；

图7是本发明油水分离测试所用的过滤装置。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

目前大部分油水分离材料都为海绵体，其特性机械性质差，可重复利用率低，应用场合受限，且需要繁杂步骤才能制造完成疏水材料，为了解决上述问题，本发明提供了基于奈米粒子的疏水材料的制备方法。

本发明实施例所用原料如下表1所示，但不以此为限：

表1

表1中所述的孔洞奈米粒子材料AlTz-68-C18，是参考专利公开号为TWI641613B的发明专利-经修饰多孔有机骨架及其制备方法、多孔有机骨架复合物及其制备方法所公开的方法自制而成，具体步骤如下：

a、多孔有机骨架AlTz53的制备

将0.235mmol氯化铝、0.18mmol 1,2,4,5-四嗪-3,6-二羧酸与5.0mL二乙基甲酰胺混合，在120℃下反应1天，用2.0mL二甲基甲酰胺清洗3次后可得到所述多孔有机骨架AlTz53。

b、多孔有机骨架AlTz53-C18的制备

将10.0mg多孔有机骨架AlTz53、3.0mL二甲基甲酰胺以及2.0mL的1-十八烯混合，并于50℃反应1小时，再以80℃反应12小时将二甲基甲酰胺烘干，得到所述多孔有机骨架AlTz53-C18。

c、孔洞奈米粒子材料AlTz-68-C18的制备

将上述b得到的多孔有机骨架AlTz53-C18用3.0mL***进行溶剂置换3次，再让AlTz53-C18浸泡于***中，***高度约比AlTz53-C18高出0.5公分，整体放入烘箱后并以75℃加热1小时，得到所述孔洞奈米粒子材料AlTz68-C18。

实施例1

基于奈米粒子的油水分离材料的制备方法，包括如下步骤：

S1、孔洞奈米粒子材料AlTz-68-C18的分散液的制备

于100ml烧杯中，依次加入0.25g二乙烯苯(DVB)液体和0.9g孔洞奈米粒子材料(AlTz-68-C18)，磁石搅拌，使奈米粒子分散均匀混合；

S2、亲水材料的制备

于20mL烧杯中，加入2.340ml环己醇与2.710ml 1-十二烷醇，混合均匀后，向其加入1.425ml甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)与1.425ml二乙二醇二甲基丙烯酸酯(DEGDMA)，混合均匀；

S3、疏水材料的制备

将S2的亲水材料倒入S1的分散液中，加入50mg偶氮二异丁腈(AIBN)，于80℃微波反应1min，即可得到油水分离材料，将油水分离材料从烧杯中脱出，即可得到如图1所示的油水分离滤板。

如图4所示，在所述的油水分离滤板表面各滴一滴水和有机溶剂进行观测，位于右方的有机溶剂被油水分离滤板吸收，而位于左方的水滴与滤板表面形成接触角，采用接触角仪器可测得其接触角值为140o(如图5所示)。

实施例2

采用甲基丙烯酸丁酯(BMA)等体积代替实施例1中的甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)，其他和实施例1相同。

实施例3

采用2-乙基己基丙烯酸酯(2-EHA)等体积代替实施例1中的甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)，其他和实施例1相同。

实施例4

采用2-羟基乙基甲基丙烯酸酯(HEMA)等体积代替实施例1中的甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)，其他和实施例1相同。

实施例5

采用甲基丙烯酸甲酯(MMA)等体积代替实施例1中的甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)，其他和实施例1相同。

实施例6

采用甲基丙烯酸(MA)等体积代替实施例1中的甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)，其他和实施例1相同。

实施例7

与实施例1的区别仅在于：实施例7在加入50mg偶氮二异丁腈(AIBN)后，将溶液倒入管柱模具(所述管柱模具为美乐佳订制铁氟龙模具，长5cm，管柱外径1.5cm，内径0.5cm)中微波反应1min，取出后脱模，即得到如图2和图3所示的油水分离管柱。

实施例1-7的分离效率测试

按照《美国化学会-应用材料与界面》期刊于2015年第7卷第21021-21029页所公开的《用于防雾、自清洁和油水分离的改性超亲水性/超疏油性材料》中所示的油水分离效率测试方法，以大豆食用油做为模拟含废油处理用油相，取8ml蒸馏水与8ml大豆食用油于烧杯中均匀混和后，倒入如图7所示的过滤装置中，测定所收集的滤液(即蒸馏水)的重量，并重复油水分离10次(图6所示为重复分离效率)，测试数据如下表2所示：

表2

从表2中可以看出：实施例1-7的疏水材料均具有较好的油水分离效果，且经历十次油水分离测试后，其油水分离效率仅是稍有下降，由此可见，本发明的疏水材料可重复利用性较好；从实施例1-6的测试结果可以看出，含有甲基丙烯酸基团的酯类；而通过实施例1和实施例7对比可知，同一种疏水材料制备成不同的规格形态，其油水分离效果差别不大，方便了根据不同应用场合的需求制备成不同规格形态的油水分离材料。

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说明本发明的原理，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范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。