[發明專利]一種三元硅氧烷海綿的制備方法及用途

有效

• 申請號: 201410406724.6
• 申請日: 2014-08-15
• 公開（公告）號: CN104194028B
• 公開（公告）日: 2017-01-18
• 發明（設計）人: 馬鵬程;穆磊
• 申請（專利權）人: 中國科學院新疆理化技術研究所
• 主分類號: C08J9/00
• 分類號: C08J9/00;C08J9/36;C08G77/04;B01D17/022;C02F1/40
• 代理公司: 烏魯木齊中科新興專利事務所65106
• 代理人: 張莉

技術領域

本發明屬于環境功能材料制備與應用技術領域，具體涉及三元硅氧烷海綿的制備方法及用途。

背景技術

全球范圍內的石油產品用量在不斷增加，與此同時，在其開采、加工、運輸等環節中不斷有原油和石油產品泄露，對生態系統帶來沉重打擊。如2010年的墨西哥灣海上漏油事故，不僅嚴重影響了當地海洋及海岸線的生態平衡，還因原油擴散而影響到更遠的海洋區域，造成大量魚類、鳥類和海洋生物的死亡。當漏油事故發生時，如何能夠快速地收集水面漂浮的石油以及實現油-水分離已成為處理原油泄漏問題的關鍵，引起了世界各國的高度關注。

利用具有豐富孔結構的物質對油類進行吸附或利用超疏水、超親油材料進行油-水分離是解決上述問題最可行的方法。海綿是一種多孔性材料，也是目前最常用的油-水混合物分離和泄露原油收集用吸附材料。常見的油-水分離用海綿通常采用以下兩種方法制備：1)對已有的海綿進行表面改性，使其具有疏水、親油的能力，這種表面改性可通過物理負載或化學鍵合來實現。如Zhu等報道了(J.Mater.Chem.A,2013,1,5386-5393)通過硅烷改性聚氨酯海綿獲得具有超疏水、超親油性能的海綿；中國發明專利申請CN103537120A報道了在聚氨酯海綿骨架表面沉積金屬氧化物，再將硅烷偶聯劑通過氧化物表面的羥基連接到海綿上得到吸油海綿。由上述方法制備的材料具有較好的吸油性能，但是海綿在使用過程中存在機械穩定性差等致命性問題：輕微的摩擦、碰觸即會導致材料表面喪失超疏水、超親油性能，大大降低材料的油-水分離效果。2)通過分子單體的聚合反應，直接制備出具有吸油性能的海綿。這類海綿的疏水親油性能是由其自身化學組成和結構決定的，不會因為使用方式的不同而降低材料的油-水分離能力。Nakanishi等報道了采用二官能團烷氧基硅烷和三官能團烷氧基硅烷制備出二元體系的硅氧烷海綿(J.Mater.Chem.,2011,21,17077-17079.)，材料具有超疏水、超親油的特性。但是采用上述原料和方法制備的海綿力學性能一般，特別是材料在循環使用時在外力擠壓下極易破碎，因此在實際應用過程中受到了一定的限制。

發明內容

本發明目的在于，提供了一種力學性能增強的三元硅氧烷海綿的制備方法及用途，該方法是由烷氧基硅烷水解、凝膠化、產品洗滌及干燥步驟完成，通過本發明所述方法獲得的三元硅氧烷海綿的表面具有大量非極性基團以及較高的粗糙度，使材料具有超疏水、超親油的性能，與水的接觸角超過160°，具有密度低、耐壓縮性能優異、吸油倍率高等優點，該方法操作簡單、原料廉價、易于規模化制備，本發明制備的三元硅氧烷海綿在化學有機溶劑處理、含油廢水處理或原油泄漏處理中進行油-水分離，是一種新型的油-水分離材料。克服了目前已報道的二元硅氧烷海綿普遍存在力學性能較低的問題，

本發明所述的一種硅氧烷海綿的制備方法，該方法采用三元硅氧烷體系制備具有超疏水、超親油性能的硅氧烷海綿，三元硅氧烷體系為含有二官能團烷氧基硅烷、三官能團烷氧基硅烷以及四官能團烷氧基硅烷，具體操作按下列步驟進行：

a.烷氧基硅烷水解形成溶膠：在含表面活性劑的酸性溶液硫酸、硝酸、鹽酸或乙酸中pH＝2-6依次加入四官能團烷氧基硅烷、三官能團烷氧基硅烷和二官能團烷氧基硅烷，室溫下攪拌0.5-1h，然后加入堿性化合物為尿素、乙二胺或三乙烯四胺，繼續攪拌0.5-1h，得到澄清溶膠溶液，其中溶膠體系中各物種的摩爾量比例為水∶表面活性劑∶四官能團烷氧基硅烷∶三官能團烷氧基硅烷∶二官能團烷氧基硅烷∶堿性化合物＝5.6×10-1.7×10²∶2.7×10^-2-5.5×10^-1∶1.1×10^-2-8.9×10^-1∶1.4-2.8∶7.2×10^-1-2.2∶1.7-1.3×10；

b.溶膠的凝膠化：將步驟a中得到的溶膠溶液至于密閉燒杯體系中，在溫度60-90℃凝膠化3-12h得到硅氧烷海綿；

c.硅氧烷海綿的清洗及干燥：將步驟b中得到的硅氧烷海綿依次采用低沸點有機溶劑為甲醇、乙醇或異丙醇和去離子水進行浸泡擠壓清洗，每次浸泡擠壓清洗0.5h，然后置于溫度25-50℃干燥5-24h，即得到具有優異力學性能的超疏水、超親油三元硅氧烷海綿。

步驟a中四官能團烷氧基硅烷為四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、四丙氧基硅烷或四丁氧基硅烷；三官能團烷氧基硅烷為甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷或乙烯基三乙氧基硅烷；二官能團烷氧基硅烷為二甲基二甲氧基硅烷或二乙基二乙氧基硅烷。