超疏水聚氨酯(PU)海綿的制備及油水分離特性研究.pdf

1、油水分離技術(shù)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中具有重要的應(yīng)用前景。最近，仿生界面油水分離材料由于具有很高的油水分離效率而備受人們關(guān)注，但現(xiàn)有材料在儲油能力、油品回收和材料耐用性等方面存在缺點而限制了它們的實際應(yīng)用。本論文針對上述問題，制備三維多孔且具有彈性的仿生界面油水分離材料，實現(xiàn)了高吸油能力、油品快捷回收和材料循環(huán)利用。研究結(jié)果對發(fā)展新型油水分離材料具有重要的實際應(yīng)用價值和意義。
　　采用孔徑為200~400μm的聚氨酯(PU)海綿為基

2、體，通過化學(xué)鍍銅和修飾月桂酸的方法，制備了具有超疏水-超親油特性的PU/Cu復(fù)合材料。該材料具有較高的吸油能力，可吸收約自身重量13~18倍的油品，通過擠壓材料至形變量為75％時，實現(xiàn)了油品的快捷回收和材料的循環(huán)使用，達(dá)到了油水混合物選擇性分離的目的。但材料的超疏水性能在循環(huán)使用9次后即被破壞。
　　針對超疏水PU/Cu復(fù)合材料制備方法復(fù)雜且耐用性較差的問題，通過利用甲基三氯硅烷的水解與縮聚反應(yīng)，一步法制備了具有超疏水-超親油特性

3、的耐用型 PU/聚硅氧烷復(fù)合材料。該方法制備的海綿表面覆蓋了具有多孔結(jié)構(gòu)的聚硅氧烷。復(fù)合材料除了可實現(xiàn)油水混合物的選擇性分離和油品的快捷回收外，其吸油能力達(dá)到了自身重量的15~25倍。另外，由于聚硅氧烷與海綿基體形成的交聯(lián)作用，使復(fù)合材料的耐用性能大幅度提高，可反復(fù)進行油水分離達(dá)300次以上。
　　為了進一步實現(xiàn)油水混合物的可控分離，利用多巴胺的粘附性和反應(yīng)活性，將 Fe3O4顆粒與十二硫醇同時固定于海綿基體表面，一步法仿生制備了

4、具有磁響應(yīng)功能的超疏水-超親油PU/Fe3O4復(fù)合材料。研究結(jié)果表明，多巴胺的存在和十二硫醇的添加對材料表面形成超疏水特性具有十分重要的作用。其主要原因是在空氣環(huán)境下，多巴胺容易發(fā)生氧化反應(yīng)形成多巴胺醌，十二硫醇與醌基可發(fā)生邁克爾加成反應(yīng)將醌基還原成兒茶酚基團，被還原的兒茶酚基團修飾于Fe3O4顆粒和海綿基體表面形成“連接點”。而溶液中的醌基與“連接點”上的氨基可發(fā)生席夫堿反應(yīng)形成共價鍵作用，且多巴胺醌還可與“連接點”的多巴胺分子通過氫

5、鍵或π-π堆積形成非共價鍵作用，最終將具有“連接點”的Fe3O4顆粒固定于海綿表面形成微納米結(jié)構(gòu)。同時，參與反應(yīng)的十二硫醇降低了材料的表面能，使材料具有超疏水特性。該材料可通過外界磁場的作用，在油水混合物表面移動并吸收油品，然后與水面分離，實現(xiàn)磁場驅(qū)動分離油水混合物的目的。復(fù)合材料不僅保持了高吸油能力和油品快捷回收的性能，而且體積利用率大于90%。由于 Fe3O4顆粒與十二硫醇通過多種共價鍵和非共價鍵作用固定于海綿表面，使復(fù)合材料保持了