三聚氰胺海绵为基体的吸油材料制备与性能研究

摘要

随着人们对石油资源的不断开发与使用，在石油的开采、运输和储存过程中泄漏事故时有发生，这不仅给生态自然环境带来了严重影响，同时也威胁到了人类社会的生存与发展。现如今，使用吸油材料处理漏油、溢油事故是较为经济有用的方式之一。可是，市面上现有的吸油材料大多数存在着一些缺陷，比如制备成本高、制作工艺复杂、已被吸收的油类无法再次回收使用、循环使用性差、使用后的吸油材料容易造成对环境的二次污染等。因此，研究出一种可以被广泛使用的新型环保吸油材料显得相当重要。
　　本论文选用孔隙率高达99%的三聚氰胺海绵作为基体材料，对海绵进行疏水改性并进行表征和性能测试，对不同改性方法下得到的吸油疏水材料研究结果归纳如下：
　　（1）在三聚氰胺海绵骨架上包覆了通过悬浮聚合法合成的吸油树脂涂层，从而提高了海绵的油水选择性。聚甲基丙烯酸月桂酯涂层在海绵骨架上呈现“膜”状包覆，而聚丙烯酸丁酯涂层在海绵骨架上呈现片状分布。前者的吸油效果更好，在单体用量为1.5 mL时，对豆油的最大饱和吸收量为29.8 g/g，同时，疏水效果也更好，水接触角为126°。后者在丙烯酸丁酯用量为8 mL时，对豆油的最大饱和吸收量为11.3 g/g，水接触角在96°。包覆两种疏水涂层后的海绵仍具有一定弹性，便于对已吸收废油的回收。
　　（2）通过向海绵骨架上包覆颗粒粒径为38.8nm的二氧化硅提高海绵表面粗糙度，同时引入大量羟基，再利用乙烯基三甲氧基硅烷进行硅烷化疏水改性，得到疏水吸油海绵材料。该材料具有较好的热稳定性，在380℃时出现一次失重，对柴油、豆油、正己烷等多种油类都有很好的吸收效果，其中对四氯化碳的吸收量高达109 g/g，水接触角为138°。有较好耐用性，循环使用12次后仍表现较好疏水性。改性后海绵网状骨架结构没有发生明显变化，仍具有较好弹性，方便对已吸收废油的回收。改性后的海绵可以浮在水面上，在与真空泵连接后，即可实现对油水混合物的连续分离回收，并且可以净化含有乳化剂的油水混合物。
　　（3）通过简单的溶液浸渍法利用三聚氰胺海绵骨架上带有的氨基基团进行疏水改性，得到了具有油水选择性的吸收材料。选用正己烷作溶剂，甲基三氯硅烷的体积分数为0.5%时，得到的改性材料性能最好，测得水接触角为146°，对柴油、豆油、甲苯等多种油类都有较好的吸收效果，其中对四氯化碳的吸收量最高为145 g/g。改性过程不需要昂贵的设备、复杂的流程，具有制备周期短，使用方便快捷的优点，改性材料的油水选择性得到显著提升。
　　（4）采用共沉淀法得到了粒径约为56.4 nm的Fe3O4颗粒。该颗粒在三聚氰胺海绵上包覆两次后再利用乙烯基三甲氧基硅烷进行硅烷化改性得到的海绵疏水效果最好，水接触角为145°。通过能谱分析、扫描电镜、X射线衍射分析可知，得到了带有磁性的吸油海绵材料。同时，可以利用海绵具有的磁性在吸油后进行回收。
　　通过多种方法改性三聚氰胺海绵，制得疏水性能较好，吸油能力较强的海绵基吸油材料，有望在多种领域得到广泛应用。

目录

声明

第1章 文献综述

1.1 引言

1.2 吸油材料研究背景

1.3 疏水表面制备方法

1.4 硅烷偶联剂

1.5 三聚氰胺海绵材料

1.6 本论文研究的主要内容与意义

第2章 海绵/树脂吸油材料制备及性能研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 测试与表征

2.4 结果与讨论

2.5 本章小结

第3章 海绵/SiO2/乙烯基三甲氧基硅烷吸油材料制备及性能研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 测试与表征

3.4 结果与讨论

3.5 本章小结

第4章 海绵/硅烷偶联剂吸油材料制备及性能研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 测试与表征

4.4 结果与讨论

4.5 本章小结

第5章 海绵/Fe3O4/乙烯基三甲氧基硅烷吸油材料制备及性能研究

5.1 引言

5.2 实验部分

5.3 测试与表征

5.4 结果与讨论

5.5 本章小结

第6章 总 结

参考文献

攻读硕士期间已发表及待发表论文

致谢