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用

張海軍

摘要：油水混合物是—種常見的環境污染物，其來源廣泛，從石油業、制造業、交通運輸業等領域到食品餐飲、醫藥及家居生活無所不在。而水是生產和生活的重要資源，因此在含油廢水處理過程中油水分離步驟顯得尤為重要。常規的油水分離方法有重力法、離心法、吸附法、浮選法和化學法等。這些傳統的處理方法普遍存在占地面積大、用時長、消耗高和分離效率低等缺點。

關鍵詞：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及含油廢水的大量排放，油污給水體帶來的污染日益嚴重。對生態平衡以及人類的健康產生了不可忽視的危害。因此。油污治理已成為當今世界亟待解決的問題。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℃預聚反應lh后降溫至80℃，加入1.15gDMPA，升溫至90℃反應2.5h。然后降溫至55℃下并逐滴加入2.4gAEAPS反應0.5h，降溫過程中可加入適量丙酮調節黏度。繼續加入86gTEA，30℃下反應0.5h。得到含疏水側鏈的預聚體。將預聚體在高速攪拌下分散于去離子水中，并通過減壓蒸餾將殘余的丙酮去除，得到有機硅改性水性聚氨酯乳液。

三、超疏水銅網的制備

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表面，干燥后得到超疏水銅網纖維素·SiO₂復合顆粒的制備方法：（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）配制溶劑并預冷至-12℃，把纖維素粉加入預冷的溶劑中并強力攪拌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）用質量分數為20%的稀鹽酸調節纖維素-SiO₂混合溶液的pH值為7使體系破乳。析出纖維素-SiO₂復合顆粒，繼續攪拌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的變化，測試環境為室溫，數據采集范圍為400～4 000 cm-1：采用接觸角測量儀測試樣品的接觸角。表征樣品的潤濕性能，使用體積為5μL的去離子水為測試液體記錄測試液滴與樣品從接觸3到穩定的全過程，通過儀器分析得到樣品的接觸角值。每個測試樣品取5個不同區域作為測試點，取平均值為接觸角最終測試結果。

五、油水分離性能測試

用液體石蠟、汽油、己烷、庚烷、煤油、甲苯和水的混合物來模擬環境中的含油廢水。其中油用二甲基黃染成黃色，水用亞甲基藍染成藍色。油水混合物共20 mL（各10mL）。將制得的超疏水超親油不銹鋼網折疊成碗狀置于燒杯口上得到一個簡易的油水分離裝置，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的油和水分別移入量筒中讀出體積，計算分離效率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重要性能，本文以疏水改性效果最好的ASP-15為樣品對改性棉纖維的吸附選擇性能進行探究。未經改性的棉纖維對油和水的吸附沒有選擇性，能夠同時吸附2種液體；改性后的棉纖維由于具有優異的親油疏水性能，在與油水混合液接觸之后能夠選擇性地吸收油液，進一步地，我們對改性棉纖維的油水分離能力進行了探究。改性棉纖維能夠將浮于水面的石蠟油以及沉于水底的氯仿迅速地吸附干凈，使其與水相分離開來，達到良好的油水分離效果。

七、吸附容量測試

分別測試疏水改性棉纖維對植物油、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。吸附容量測量方法依據標準AST MF726-2006進行。具體方法如下：先測量疏水改性棉纖維本身的質量并記錄，然后將其浸沒于油類液體中，一般來說。本實驗中棉纖維在浸沒于油中30s內吸附過程達到平衡。吸油過程結束后，將吸油飽和的棉纖維取出，自然淌干20%隨后測量其質量，平行測定3組樣品，計算平均值和偏差，材料的吸附容量通過公式（1）計算得到。

C_A（g，g）=（M M₀）/M₀

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

八、吸附循環測試

吸附循環測試采用的方法為吸附，擠壓循環。當疏水改性棉纖維第1次吸油飽和后將其取出，置于篩網上，通過用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于油中進行吸附，按照此方式進行30次吸附，擠壓循環，并計算得到每次循環的吸附容量與第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使用性能。

結束語：隨著全球工業發展。石油產品的使用量在不斷增加。與此同時在石油產品開采、運輸、加工等環節中，不斷有原油和石油加工品泄漏。對環境和生態系統造成嚴重的影響。此外，汽車燃油中含水超限會惡化發動機的工作狀態和使用壽命，嚴重影響行車安全。所以，從水回用、油回收和環境治理等幾個方面考慮，無論是治理含油廢水還是脫除油液中的水分。油水分離過程都極為迫切與必要。傳統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到油水分離的效果。