超疏水超亲油聚氨酯海绵的制备及其在油水分离方面的应用

张海军

摘要：油水混合物是—种常见的环境污染物，其来源广泛，从石油业、制造业、交通运输业等领域到食品餐饮、医药及家居生活无所不在。而水是生产和生活的重要资源，因此在含油废水处理过程中油水分离步骤显得尤为重要。常规的油水分离方法有重力法、离心法、吸附法、浮选法和化学法等。这些传统的处理方法普遍存在占地面积大、用时长、消耗高和分离效率低等缺点。

关键词：超疏水 超亲油 聚氨酯海绵 油水分离

引言：随着漏油事故的频发及含油废水的大量排放，油污给水体带来的污染日益严重。对生态平衡以及人类的健康产生了不可忽视的危害。因此。油污治理已成为当今世界亟待解决的问题。在目前已有的几种油污处理方法中，物理吸附法是处理大面积油污染最有效的途径之一。

—、油水分离滤纸的利备

将所制备的复合颗粒加入到去离子水中，超声使其分散均匀。在砂芯漏斗中使其自然沉降至滤纸表面。把自制苯丙乳液稀释至固含量为4%，用显色喷雾器将乳液喷淋在滤纸表面，控制上胶量为5%。将处理后的滤纸放入105℃的烘箱中干燥3 h。得到油水分离滤纸。

二、有机硅改性水性聚氨醑的利备

在三口烧瓶中加入8.34gIPDI、30.0PTMG和0.5g催化剂DPTDL，88℃预聚反应lh后降温至80℃，加入1.15gDMPA，升温至90℃反应2.5h。然后降温至55℃下并逐滴加入2.4gAEAPS反应0.5h，降温过程中可加入适量丙酮调节黏度。继续加入86gTEA，30℃下反应0.5h。得到含疏水侧链的预聚体。将预聚体在高速搅拌下分散于去离子水中，并通过减压蒸馏将残余的丙酮去除，得到有机硅改性水性聚氨酯乳液。

三、超疏水铜网的制备

取0.2gMWCNs-ODA超声分散于20mL丙酮中，待分散均匀后，再加入0.04g有机硅改性的水性聚氨酯乳液，高速搅拌10min，得到混合溶液。然后利用空气喷枪。将混合溶液在一定工作压力下喷涂在铜网表面，干燥后得到超疏水铜网纤维素·SiO₂复合颗粒的制备方法：（1）把硅胶溶解于6.5%NaOH水溶液中，于700C下加热20 min。（2）将NaOH，尿素-H₂O（配比为7：12：81）配制溶剂并预冷至-12℃，把纤维素粉加入预冷的溶剂中并强力搅拌2min，得到透明的纤维素溶液。（3）将纤维素溶液和硅胶溶液混合，使纤维素与硅胶的质量比为4：1，搅拌5 min形成均相溶液，离心脱气3 min，得到纤维素-SiO₂混合溶液。（4）将200 g液体石蜡和5 g SpanS0加入到500mL的三口烧瓶中。搅拌30 min。（5）缓慢滴入50 g纤维素-SiO₂混合溶液，搅拌速度为600 r/min，于20℃下乳化5 h。（6）用质量分数为20%的稀盐酸调节纤维素-SiO₂混合溶液的pH值为7使体系破乳。析出纤维素-SiO₂复合颗粒，继续搅拌30 min。（7）将混合物离心分离，用丙酮和去离子水依次洗涤，得到纤维素-SiO₂复合颗粒。

四、性能表征

采用扫描电子显微镜观察样品的表面形貌：采用傅里叶变换红外光谱仪表征样品表面官能团的变化，测试环境为室温，数据采集范围为400～4 000 cm-1：采用接触角测量仪测试样品的接触角。表征样品的润湿性能，使用体积为5μL的去离子水为测试液体记录测试液滴与样品从接触3到稳定的全过程，通过仪器分析得到样品的接触角值。每个测试样品取5个不同区域作为测试点，取平均值为接触角最终测试结果。

五、油水分离性能测试

用液体石蜡、汽油、己烷、庚烷、煤油、甲苯和水的混合物来模拟环境中的含油废水。其中油用二甲基黄染成黄色，水用亚甲基蓝染成蓝色。油水混合物共20 mL（各10mL）。将制得的超疏水超亲油不锈钢网折叠成碗状置于烧杯口上得到一个简易的油水分离装置，再将混合好的油水混合物20 mL倒入到油水分离装置中，待分离完成后将分开的油和水分别移入量筒中读出体积，计算分离效率η。

n=（V₁/V₀）×100%

式中，v₀和v₁分别为分离前后油的体积，mL

六、改性棉纤维的选择性吸附

吸附选择性是吸油材料的一个重要性能，本文以疏水改性效果最好的ASP-15为样品对改性棉纤维的吸附选择性能进行探究。未经改性的棉纤维对油和水的吸附没有选择性，能够同时吸附2种液体；改性后的棉纤维由于具有优异的亲油疏水性能，在与油水混合液接触之后能够选择性地吸收油液，进一步地，我们对改性棉纤维的油水分离能力进行了探究。改性棉纤维能够将浮于水面的石蜡油以及沉于水底的氯仿迅速地吸附干净，使其与水相分离开来，达到良好的油水分离效果。

七、吸附容量测试

分别测试疏水改性棉纤维对植物油、原油、石蜡油、二甲基硅油和氯仿等几种不同油类的吸附容量。吸附容量测量方法依据标准AST MF726-2006进行。具体方法如下：先测量疏水改性棉纤维本身的质量并记录，然后将其浸没于油类液体中，一般来说。本实验中棉纤维在浸没于油中30s内吸附过程达到平衡。吸油过程结束后，将吸油饱和的棉纤维取出，自然淌干20%随后测量其质量，平行测定3组样品，计算平均值和偏差，材料的吸附容量通过公式（1）计算得到。

C_A（g，g）=（M M₀）/M₀

其中，C_A（g，g）为基于质量的吸附容量，M（g）为材料吸油后的质量，M₀（g）为材料自身的质量。

八、吸附循环测试

吸附循环测试采用的方法为吸附，挤压循环。当疏水改性棉纤维第1次吸油饱和后将其取出，置于筛网上，通过用500 g砝码将吸油饱和的棉纤维挤压到底。挤压完成后重新将压扁的棉纤维浸没于油中进行吸附，按照此方式進行30次吸附，挤压循环，并计算得到每次循环的吸附容量与第1次吸附容量的百分比，作为吸附容量保持率，用于分析材料的重复使用性能。

结束语：随着全球工业发展。石油产品的使用量在不断增加。与此同时在石油产品开采、运输、加工等环节中，不断有原油和石油加工品泄漏。对环境和生态系统造成严重的影响。此外，汽车燃油中含水超限会恶化发动机的工作状态和使用寿命，严重影响行车安全。所以，从水回用、油回收和环境治理等几个方面考虑，无论是治理含油废水还是脱除油液中的水分。油水分离过程都极为迫切与必要。传统的油水分离方法包括重力分离法、离心分离法、蒸馏分离法和压滤分离法等，这些分离方法需要高能耗才能达到油水分离的效果。