[發(fā)明專利]疏水性氧化鋁基陶瓷纖維棉的制備方法及一種油的回收分離裝置

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• 申請日: 2022-03-31
• 公開（公告）號: CN114632351A
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王增梅;朱佳新;胡昱雯
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: B01D17/022
• 分類號: B01D17/022;C04B35/10
• 代理公司: 北京德崇智捷知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11467
• 代理人: 王繹涵

本發(fā)明公開了一種疏水性氧化鋁基陶瓷纖維棉制備方法、由此制備的纖維棉及包括所述纖維棉的油的回收裝置。所述制備方法包括：將聚合氯化鋁溶解在去離子水中，加入鋁粉后冷凝回流進(jìn)行聚合反應(yīng)得到鋁膠，隨后加入二氧化硅膠體和聚乙烯醇水溶液并攪拌均勻，老化后得到氧化鋁基前驅(qū)體溶膠，再利用閾值氣壓進(jìn)行氣流紡絲，通過溶膠粘度和吹紡閾值氣壓協(xié)同調(diào)節(jié)，形成具有纖維層堆疊的三維蓬松多孔結(jié)構(gòu)的氧化鋁基前驅(qū)體纖維，進(jìn)一步熱處理得到具有接觸角大于140°的高疏水性氧化鋁基陶瓷纖維棉。所述油的回收裝置通過加熱吸油后的纖維棉并結(jié)合分餾裝置可以分離回收不同密度和沸點(diǎn)的油類，與此同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)纖維棉的回收再利用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及油水分離技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高疏水性的氧化鋁基陶瓷纖維棉的制備方法以及由此制備的氧化鋁基陶瓷纖維棉。本發(fā)明還涉及一種油的回收分離裝置，包括用于吸油的氧化鋁基陶瓷纖維棉。

背景技術(shù)

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，石油開采加工運(yùn)輸、海上原油泄漏及工業(yè)化生產(chǎn)等過程均會產(chǎn)生大量的含油污水，給生態(tài)環(huán)境和人體健康帶來巨大威脅。目前常用的去除水中油污的方法包括基于過濾的膜技術(shù)以及基于吸收的三維多孔材料。由于基于過濾的膜技術(shù)對于實(shí)際的海上原油泄露不能進(jìn)行有效的原位處理。一方面，大量的粘性原油很容易污染并堵塞過濾材料。另一方面，重力驅(qū)動或壓力驅(qū)動的過濾過程需要在過濾前預(yù)先收集油/水混合物。因此，通過吸收進(jìn)行油/水分離具有更實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。制備具有高疏水性的三維多孔材料受到越來越多的研究者關(guān)注。

基于三維多孔結(jié)構(gòu)的疏水材料大多是碳基材料（如石墨烯，碳納米管等）和聚合物海綿。盡管基于石墨烯和CNT的三維吸收劑表現(xiàn)出了良好的吸收能力，但是它們?nèi)粝氲玫綇V泛的實(shí)際應(yīng)用仍然受到阻礙，主要因?yàn)榘嘿F的前體和復(fù)雜的制備方法。近年來研究者們通過將無機(jī)納米纖維組裝成三維多孔氣凝膠材料在水處理、熱絕緣、能量吸收等領(lǐng)域取得了良好的成果。無機(jī)納米纖維常用靜電紡絲工藝制備，但該方法需要通過高電壓提供拉伸力，對于纖維接收裝置的導(dǎo)電性也有一定要求。纖維在收集裝置上隨機(jī)堆積成無紡布形式。直接實(shí)現(xiàn)三維結(jié)構(gòu)較為困難。所以有研究者結(jié)合靜電紡絲和冷凍干燥工藝制備具有三維多孔結(jié)構(gòu)的無機(jī)納米纖維氣凝膠，但是力學(xué)性能較差。另一種制備無機(jī)纖維氣凝膠的方法是化學(xué)氣相沉積(CVD)，Tong等（Si₃N₄ Nanofibrous Aerogel with In Situ Growth of SiO_xCoating and Nanowires for Oil/Water Separation and Thermal Insulation. ACSApplied Materials Interfaces, 2021.）通過低溫化學(xué)沉積技術(shù)制備Si₃N₄納米纖維氣凝膠并原位生長SiO_x涂層和納米線用于油/水分離，具有良好的吸油能力 (33~76g.g^-1)。

雖然研究人員已經(jīng)取得了一些研究成果，但目前的方法效率低，設(shè)備昂貴，不能大規(guī)模應(yīng)用。且為了獲得穩(wěn)定的三維骨架結(jié)構(gòu)以及良好的疏水性，需要添加粘合劑和改性劑分別進(jìn)行內(nèi)部結(jié)合和表面改性過程。這樣使得制備過程變得繁瑣復(fù)雜。從經(jīng)濟(jì)效益的角度考慮，可以進(jìn)行多次循環(huán)利用的油水分離材料可以大大節(jié)約成本。中國專利CN112755983A公開了一種三維多孔油水分離泡沫，通過使用高分子材料聚偏氟乙烯和聚氨酯作為原材料，利用真空澆注/粒子瀝濾/熱致相分離相結(jié)合的技術(shù)，制備了具有高吸油能力和良好可回收性的3D多孔PVDF/TPU復(fù)合泡沫。通過擠壓循環(huán)利用復(fù)合泡沫，經(jīng)過15次循環(huán)后仍保持95%以上吸油能力。中國專利CN107020068A公開了一種用于油水分離的碳納米管增強(qiáng)的超疏水乙基纖維素海棉的制備方法。向制備的交聯(lián)的乙基纖維素中加入硅烷化疏水改性的碳納米管，通過成孔劑占位法，得到一種高強(qiáng)度的油水分離超疏水三維多孔材料，在循環(huán)使用50次后仍具有良好的可回收性。但上述專利及文獻(xiàn)報(bào)道的技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)對不同密度的油的分離，因此，可以大規(guī)模的直接制備出可多次循環(huán)利用、具有疏水性的三維多孔結(jié)構(gòu)的材料實(shí)現(xiàn)油回收及不同密度油的分離具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容