[發明專利]一種泡沫炭負載納米碳纖維的制備及吸附油污的應用方法

無效

• 申請號: 201110102932.3
• 申請日: 2011-04-24
• 公開（公告）號: CN102218296A
• 公開（公告）日: 2011-10-19
• 發明（設計）人: 邱介山;肖南;周穎;凌錚;趙宗彬
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/30;C02F1/28
• 代理公司: 大連星海專利事務所 21208
• 代理人: 花向陽

技術領域

本發明涉及一種泡沫炭負載納米碳纖維的制備及其吸附油污的應用方法，屬于無機非金屬炭素材料科學技術領域。

背景技術

當今社會，石油做為能源占有及其重要的地位。然而，在石油開采、加工、運輸與使用過程中，有相當數量的石油泄露、廢棄于海洋中。全世界每年進入海洋的石油污染物在1000萬噸以上，這些污染為海洋生態系統帶來毀滅性的災難，因此對海水中油污的治理成為當務之急。目前國際上對油污的治理有化學方法和物理方法。化學方法采用的是包括乳化分散劑、集油劑、凝油劑等在內的化學消油劑。化學消油劑對厚度小于1mm的油膜可有效清理。但化學方法會消耗大量的藥品，另外還可能產生二次污染。物理方法一般采用圍油欄、清污船及附屬回收裝置、吸油材料(包括高分子材料、無機多孔物質及纖維等)清理油污。物理方法以其環境友好，除油速度快等優點受到廣泛的重視。目前主要以聚丙烯基吸油材料為主，市場售價在3500-4000美元每噸，成本相對較高。此外，由于聚丙烯基洗油材料大多為柔性材料組成，因此吸油后保油能力差，稍一加壓就會重新漏油。同時，由于聚丙烯材料軟化溫度低于150℃，因此只能通過擠壓進行脫油，使其難以多次重復使用。通常聚丙烯基吸油材料的使用次數為2-3次。這些缺點的存在使得它們的應用受到了限制，開發新型吸油材料成為當務之急。研究表明，具有超疏水性表面的大孔材料可以有效的進行油水分離(Angewandte?Chemie-International?Edition，2004.43(15)：2012-2014；Advanced?Materials，2006.18(23)：3063-3078.)。

泡沫炭是一種具有高孔隙率、低密度、強耐酸耐堿耐化學腐蝕、較高的導熱系數和熱穩定性、較高的機械強度以及高度開放孔結構的大孔泡沫狀炭材料。這些特點使泡沫炭具有成為優異的吸油材料的可能。例如，泡沫炭高達97％的孔隙率保證了其可以吸附超過自身重量20-30倍的重質油；泡沫炭的低密度使其可以在油污吸附前后均漂浮于海面，便于對其進行處理；強耐腐蝕性能保證了其可以長期在海水甚至高腐蝕環境中使用；較高的導熱系數和熱穩定性使其有可能通過加熱處理方法對吸附的油污進行分離，并保證了其重復使用的可能；較高的機械強度保證了泡沫炭實際應用的可行性并增加其吸油后的保油能力；而大孔結構有利于對如石油、重質油等高粘度油污進行吸附。但將泡沫炭作為吸油材料應用于海水油污治理方面的研究至今仍舊沒有報道。這可能是由于以下幾個原因所致：1、目前泡沫炭主要以中間相瀝青為前驅體通過發泡法合成。雖然所得到的泡沫炭具有其自身的優異特性，但原料中間相瀝青成本相對較高，同時合成時需高溫高壓，因此難以大批量的應用于海水油污治理方面。2、所得到的泡沫炭開孔率較低，孔徑較小，不利于高粘度油污的吸附與脫附。3、更為重要的是雖然炭材料本身具有一定的疏水性，但接觸角較小，因此難以達到高效的油水分離效果。通過在泡沫炭表面生長納米碳纖維有可能改變泡沫炭表面浸潤性，使其成為超疏水性材料。然而，雖然泡沫炭表面生長納米碳纖維的報道屢見不鮮(Fuel，2009.88(1)：46-53；Journal?of?Materials?Chemistry，2008.18(21)：2426-2436)，但對其超疏水性以及油水分離性能還沒有進行過深入的研究。此外，由于現有工藝大多為在合成的泡沫炭表面通過濃酸氧化以及金屬鹽溶液浸漬等工藝進行納米碳管生長所需催化劑擔載，這一過程費時冗長且產品質量難以保證，同時濃酸的使用將增加成本并帶來環境問題。因此，我們提出一種簡單易行并可實現大規模生產的泡沫炭負載納米碳纖維的制備及吸附油污的方法。

發明內容

為了克服上述現有技術中存在的問題，本發明提供一種泡沫炭負載納米碳纖維的制備及吸附油污的應用方法。該方法工藝簡單、成本低廉、泡沫炭表面負載納米碳纖維復合材料表面具有超疏水性、油污吸附速度快、吸附材料易于回收。

本發明采用的技術方案是：一種泡沫炭負載納米碳纖維的制備方法如下：

(1)按鎳元素與聚酰胺酸固含量比值為0.1-4∶100的比例稱取鎳鹽，使鎳鹽溶于聚酰胺酸的二甲基乙酰胺溶液中，形成鎳鹽與聚酰胺酸的二甲基乙酰胺溶液，將作為模板的高聚物泡沫在上述溶液中浸漬2-5min，取出浸漬后的模板泡沫，擠壓出過量鎳鹽與聚酰胺酸的二甲基乙酰胺溶液獲得復合物泡沫，將擠壓后的復合物泡沫放入恒溫箱，在60℃下干燥5-10h固化，將固化后的復合物泡沫置于石英舟中，在管式電阻爐內以1-10℃/min程序升溫至700-1500℃，炭化處理0.5-10h，冷卻至室溫后得到載鎳泡沫炭；