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(chǔ)油能力、油品回收和材料耐用性等方面存在缺點(diǎn)而限制了它們的實(shí)際應(yīng)用。本論文針對(duì)上述問(wèn)題，制備三維多孔且具有彈性的仿生界面油水分離材料，實(shí)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(duì)發(fā)展新型油水分離材料具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和意義。
　　采用孔徑為200~400μm的聚氨酯(PU)海綿為基

2、體，通過(guò)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(guò)擠壓材料至形變量為75％時(shí)，實(shí)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(duì)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(wèn)題，通過(guò)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(shí)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(jìn)行油水分離達(dá)300次以上。
　　為了進(jìn)一步實(shí)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(shí)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(duì)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(tuán)，被還原的兒茶酚基團(tuán)修飾于Fe3O4顆粒和海綿基體表面形成“連接點(diǎn)”。而溶液中的醌基與“連接點(diǎn)”上的氨基可發(fā)生席夫堿反應(yīng)形成共價(jià)鍵作用，且多巴胺醌還可與“連接點(diǎn)”的多巴胺分子通過(guò)氫

5、鍵或π-π堆積形成非共價(jià)鍵作用，最終將具有“連接點(diǎn)”的Fe3O4顆粒固定于海綿表面形成微納米結(jié)構(gòu)。同時(shí)，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(guò)外界磁場(chǎng)的作用，在油水混合物表面移動(dòng)并吸收油品，然后與水面分離，實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)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(guò)多種共價(jià)鍵和非共價(jià)鍵作用固定于海綿表面，使復(fù)合材料保持了