[發明專利]一種三維結構納米復合智能海綿、制備方法及應用

在審

• 申請號: 202010022599.4
• 申請日: 2020-01-09
• 公開（公告）號: CN111138859A
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 胡穎;井壯;吳玉程;張偉;金珂;劉家琴;常龍飛
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: C08L83/04
• 分類號: C08L83/04;C08K3/04;C08J9/26;C02F1/28;B01J20/28;C02F101/30;C02F101/32
• 代理公司: 合肥輝達知識產權代理事務所(普通合伙) 34165
• 代理人: 汪守勇

一種三維結構納米復合智能海綿、制備方法及應用，涉及新型功能材料技術領域。該三維結構納米復合智能海綿能在外部光照下自動吸附有機溶劑或原油，呈三維多孔結構，由聚二甲基硅氧烷和納米碳材料復合而成；納米復合智能海綿中具有光熱轉化性能的納米碳材料在吸收光照后加熱聚二甲基硅氧烷，具有受熱膨脹性能的聚二甲基硅氧烷在受熱后發生膨脹形變，通過在光照下的光致變形以及升溫對于待吸附原油的粘滯性降低的雙重作用，該納米復合智能海綿能產生吸附原油的能力；撤除光照后，納米復合智能海綿恢復初始溫度及形狀，釋放被吸附的原油。該智能復合海綿可以應用于吸附水相體系中油品或非極性有機溶劑領域，且吸附能力高，可以重復循環利用。

技術領域

本發明涉及新型功能材料技術領域，具體是涉及一種三維結構納米復合智能海綿、制備方法及應用，適用于在水相體系中分離油品或非極性有機溶劑。

背景技術

隨著石油化工行業的快速發展，石油開采、煉制、油品運輸等過程產生的大量油類或有機溶劑泄露對海洋生態環境造成了嚴重的破壞，因此探尋快速有效的清理手段是非常有必要的。機械清理法、生物法和化學法是三種最常用的溢油處理方法，機械清理法涉及使用設備和儀器，例如撇油器、回收船、圍油欄和吸附材料等，以便于捕獲和存儲溢出的油或有機溶劑。生物法是指利用微生物來降解油組分，例如使用石油降解菌可以將石油烴類轉化為脂肪酸、CO₂、和H₂O等小分子物質。這種方法雖然經濟環保，但是處理量小，耗時長，并且在文獻中顯示去除油的效果并不好。化學法涉及使用分散劑、固化劑以及浮油的燃燒，這種方法不能回收原油，會造成資源的浪費，而且浮油的燃燒容易造成二次污染。因此，探尋新的吸附及回收的技術就顯得尤為重要。

近年來，智能材料的出現引起了廣泛的關注。智能材料能感知外界刺激信號，通過材料自身的或外界的某種反饋機制，能夠適時地將材料的一種或多種性質改變，作出所期望的某種響應的新型功能材料。智能材料感知的外部刺激信號包括光照、電能、溫度、化學物質等。聚二甲基硅氧烷(PDMS)是一種環境友好，無污染，生物兼容性好的材料。由于其獨特的性質，成為許多應用中的關鍵材料，具有的應用領域可包括可穿戴電子設備，電容傳感器和防水膜等，其中特別關注的是具有壓縮性和疏水性的三維多孔PDMS體系結構的合成。PDMS具有較高的熱膨脹系數(CTE，266-310×10^-6K^-1)，因此溫度升高后會發生體積膨脹變形。

石墨烯和碳管作為新型的納米結構碳材料，具有優異的光熱轉化性能，可以作為納米填料均勻分布到三維多孔PDMS骨架中，形成三維結構的PDMS納米復合海綿材料，合成的三維多孔的海綿具有柔韌性、多孔性、高比表面積、優異的傳質性能等。

由于太陽能自由分布廣泛且不會枯竭，是一種理想的綠色能源，因此，采用PDMS-納米碳材料復合材料作為一種油類或有機溶劑的吸附材料，實現其在光照下的吸油性能，是一項值得深入研究的課題。

發明內容

為解決現有技術中存在的上述問題，本發明提出了一種三維結構納米復合智能海綿、制備方法及應用。

為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案為：一種三維結構納米復合智能海綿，呈三維多孔結構，由聚二甲基硅氧烷PDMS和納米碳材料復合而成；納米復合智能海綿中具有光熱轉化性能的納米碳材料在吸收光照后加熱聚二甲基硅氧烷PDMS，具有受熱膨脹性能的聚二甲基硅氧烷PDMS在受熱后發生膨脹形變，使得納米復合智能海綿的內部孔洞結構變大，從而吸附原油，同時，周圍待吸附的原油在受熱下也會降低其粘滯性，從而提高智能海綿對于原油的吸附能力；因此，通過在光照下的光致變形以及升溫對于待吸附原油的粘滯性降低的雙重作用，該納米復合智能海綿能產生吸附原油的能力；撤除光照后，納米復合智能海綿恢復初始溫度及形狀，釋放被吸附的原油。

作為本發明納米復合智能海綿的優選技術方案，其納米碳材料優選為石墨烯和/或碳納米管。光照條件為太陽光、氙燈光源或者紅外光源，在光照下納米復合智能海綿會升高溫度，以及產生體積膨脹。