一種疏水親油的多孔聚硅烷材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種疏水親油的多孔聚硅烷材料的制備方法，特別適用于油或有機(jī)溶劑與水的高效分離，屬于疏水親油多孔聚硅烷材料的制備領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，頻發(fā)的原油泄漏已經(jīng)對海洋生態(tài)及人類環(huán)境造成了嚴(yán)重的破壞。然而，傳統(tǒng)的物理沉降、化學(xué)燃燒等方法，無法實(shí)現(xiàn)油與水的高效分離，且燃燒后的氣體會造成嚴(yán)重的二次污染。作為典型的案例，2014年4月20日，墨西哥灣發(fā)生嚴(yán)重的原油泄漏事件，當(dāng)時(shí)化學(xué)燃燒的緊急處理方案既沒有有效阻止原油的進(jìn)一步蔓延，又直接導(dǎo)致2000平方英里的生態(tài)環(huán)境遭到不可挽回的傷害。因此，如何實(shí)現(xiàn)高效油水分離，是環(huán)境保護(hù)研究的熱門領(lǐng)域之一。
[0003]吸附分離是油水分離的一種重要手段，其主要是通過多孔材料的超強(qiáng)吸附能力來達(dá)到吸附分離的目的。最近，許多研究將多孔材料改性成疏油親水或者疏水親油材料來實(shí)現(xiàn)高效油水分離。該類型材料是通過對油或水的選擇以及吸附質(zhì)的高吸附容量來實(shí)現(xiàn)油水混合物的高效分離。然而，除了實(shí)現(xiàn)油水的高效分離，吸附材料的使用是否會對對環(huán)境造成二次污染卻極少有文獻(xiàn)或者專利提及過。
[0004]專利(CN103537120B)提到用聚氨酯海綿作為吸油的材料。制取過程是在先在聚氨酯海綿沉積一層金屬氧化物，然后采用硅烷偶聯(lián)劑對海綿進(jìn)行疏水修飾。該制備過程需要使用昂貴的設(shè)備，且使用到有機(jī)鋁和四氯化鈦等有毒或高危材料，不利于工業(yè)化生產(chǎn)。
[0005]專利(CN105002721A)提到一種耐磨損超疏水棉布的制備方法。該方法采用商業(yè)棉布為基底，二氧化硅、氨水、十八烷基三甲基硅烷等修飾材料，通過一步法合成具有超疏水的棉布。然而該過程需要在超聲波條件下進(jìn)行，氨水的使用會進(jìn)一步增加設(shè)備的投入和造成環(huán)境的污染。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種疏水親油的多孔聚硅烷材料的制備方法，采用軟模板法，選擇市面上低成本的聚乙二醇(PEG)材料作為模板，通過機(jī)械攪拌的方法制得疏水親油多孔聚二甲基硅氧烷(PDMS)材料。
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
一種疏水親油的多孔聚硅烷材料的制備方法，其特征在于，具體包括如下步驟:
(1)原料混合:將分子量為500~10000的聚乙二醇和聚二甲基硅氧烷按照質(zhì)量比為10:1-1:10的比例充分混合；
(2)混合物固化:將步驟(1)得到的聚二甲基硅氧烷一聚乙二醇混合物在溫度為室溫至120 ° C下進(jìn)行固化10~480 min ；
(3)混合物后處理:將步驟(2)得到的聚二甲基硅氧烷一聚乙二醇混合物在溫度為室溫至80 ° C的有機(jī)溶劑或水中浸泡10~60 min，循環(huán)浸泡2~5次； (4)后處理:將步驟(3)得到的材料在溫度為45° C至80 ° C下繼續(xù)固化2~10h，即得到所述疏水親油的多孔聚二甲基硅氧烷材料。
[0008]優(yōu)選地，步驟(1)中所述的聚乙二醇分子量為1000，5000，8000和1000中任意一種，所述的聚乙二醇和聚二甲基硅氧烷質(zhì)量比為4:1~1: 1。
[0009]優(yōu)選地，步驟(2)中所述固化溫度為40~80 ° C，固化時(shí)間為20~60 min。
[0010]優(yōu)選地，步驟(3)中所述的溫度為60~80。C，所述的溶劑為水、二氯甲烷、乙酸乙酯和石油醚中的任意一種。
[0011]優(yōu)選地，步驟(4)中所述的溫度為60~80 ° C，固化時(shí)間為4~8h。
[0012]優(yōu)選地，步驟(3)混合物后處理過程為:將步驟(2)得到的聚二甲基硅氧烷一聚乙二醇混合物在溫度為60 ° C的乙酸乙酯中浸泡20~30 min，取出后，再次放入60 ° C的乙酸乙酯中浸泡20~30 min，循環(huán)浸泡3~4次。
[0013]本發(fā)明所述的一種疏水親油的多孔聚硅烷材料的制備方法優(yōu)選步驟如下:
(1)原料混合:將分子量為1000~10000的聚乙二醇和聚二甲基硅氧烷按照質(zhì)量比為4:1-1:1的比例充分混合；
(2)混合物固化:將步驟(1)得到的聚二甲基硅氧烷-聚乙二醇混合物在40~80° C下進(jìn)行固化20~60 min ；
(3)混合物后處理:將步驟(2)得到的聚二甲基硅氧烷-聚乙二醇混合物在溫度為60-80 ° C的有機(jī)溶劑或水中浸泡20~60 min，循環(huán)浸泡3~4次；
(4)后處理:將步驟(3)得到的材料在60~80。C繼續(xù)固化4~8h，即得到疏水親油的多孔聚一■甲基娃氧燒材料。
[0014]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明具有省時(shí)、不依賴特殊設(shè)備、可工業(yè)化的優(yōu)點(diǎn)，所制備的疏水親油的多孔PDMS材料具有10~50納米左右的連續(xù)的孔道結(jié)構(gòu)，其水接觸角110-154°，滾動角為0~180°，油接觸角小于10°。本發(fā)明采用適用于工業(yè)化應(yīng)用的軟模板法，利用PDMS本身的疏水性和PEG與PDMS之間良好的相互作用，通過簡單的制備過程和綠色環(huán)保的后處理，來獲得疏水親油的多孔PDMS材料。該疏水親油多孔PDMS材料根據(jù)實(shí)際用途，可制備成圓形、長方體形等不同形狀，且制備的疏水親油多孔PDMS材料具有超強(qiáng)的機(jī)械性能。該多孔PDMS材料可用于用于選擇性吸附油性液體而達(dá)到高效油水分離的目的，且吸附容量為3~20倍于自身重量的油。同時(shí)，被吸附的油性可通過機(jī)械擠壓等方式從材料中脫出。本發(fā)明采用的多孔PDMS材料制備方法不依賴貴重的設(shè)備，沒有技術(shù)復(fù)雜的工藝，且無需苛刻的條件，大大提高了多孔PDMS材料在工業(yè)化的應(yīng)用。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明實(shí)施例20獲得的多孔PDMS材料的水接觸角圖；
圖2為本發(fā)明實(shí)施例19獲得的多孔PDMS材料的掃描電鏡圖；
圖3為本發(fā)明實(shí)施例12獲得多孔PDMS材料的拉伸應(yīng)力曲線圖；
圖4為本發(fā)明實(shí)施例20獲得的多孔PDMS材料的油吸附容量圖；
圖5為本發(fā)明實(shí)施例20獲得的循環(huán)前后多孔PDMS材料的油吸附容量對比圖；
圖6為本發(fā)明實(shí)施例20獲得的不同高度落下厚度的飽和柴油吸附的多孔PDMS材料的質(zhì)量曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0017]實(shí)施例1:
(1)將分子量為500的PEG和PDMS按照質(zhì)量比為10:1的比例充分混合；(2)將步驟(1)得到的PDMS-PEG混合物在室溫下進(jìn)行固化480 min ；(3)將步驟(2)得到的PDMS-PEG混合物在溫度為室溫的乙酸乙酯中浸泡60 min，循環(huán)浸泡2~5次；(4)后處理:將步驟(3)得到的材料在45° C繼續(xù)固化10h，得到多孔PDMS材料，該材料的水接觸角110°左右。
[0018]實(shí)施例2:
(1)將分子量為500的PEG和PDMS按照質(zhì)量比為8:1的比例充分混合；(2)將步驟(1)得到的PDMS-PEG混合物在40 ° C下進(jìn)行固化240 min ；(3)將步驟(2)得到的PDMS-PEG混合物在溫度為室溫的水中中浸泡60 min，循環(huán)浸泡2~5次；(4)后處理:將步驟(3)得到的材料在60° C繼續(xù)固化8h，得到多孔PDMS材料，該材料的水接觸角115°左右。
[0019]實(shí)施例3:
(1)將分子量為1000的PEG和PDMS按照質(zhì)量比為6:1的比例充分混合；(2)將步驟(1)得到的PDMS-PEG混合物在60 ° C下進(jìn)行固化120 min ；(3)將步驟(2)得到的PDMS-PEG混合物在溫度為40。C的二氯甲烷中浸泡40 min，循環(huán)浸泡2~5次；(4)后處理:將步驟(3)得到的材料在60 ° C繼續(xù)固化8h，得到多孔PDMS材料，該材料的水接觸角118°左右。
[0020]實(shí)施例4:
(1)將分子量為1000的PEG和PDMS按照質(zhì)量比為4:1的比例充分混合；(2)將步驟(1)得到的PDMS-PEG混合物在80 ° C下進(jìn)行固化60 min ；(3)將步驟(2)得到的PDMS-PEG混合物在溫度為60。C的乙酸乙酯中浸泡30 min，循環(huán)浸泡2~5次；(4)后處理:將步驟(3)得到的材料在60 ° C繼續(xù)固化4h，得到多孔PDMS材料，該材料的水接觸角123°左右。
[0021]實(shí)施例5:
(1)將分子量為5000的PEG和PDMS按照質(zhì)量比為4:1的比例充分混合；(2)將步驟(1)得到的PDMS-PEG混合物在80 ° C下進(jìn)行固化60 min ；(3)將步驟(2)得到的PDMS-PEG混合物在溫度為60。C的乙酸乙酯中浸泡30 min，循環(huán)浸泡2~5次；(4)后處理:將步驟(3)得到的材料在60 ° C繼續(xù)固化4h，得到多孔PDMS材料，該材料的水接觸角126°左右。
[0022]實(shí)施例6:
(1)將分子量為8000的PEG和PDMS按照質(zhì)量比為4:1的比例充分混合；(2)將步驟(1)得到的PDMS-PEG混合物在80 ° C下進(jìn)行固化60 min ；(3)將步驟(2)得到的PDMS-PEG混合物在溫度為60。C的乙酸乙酯中浸泡30 min，循環(huán)浸泡2~5次；(4)后處理:將步驟(3)得到的材料在60 ° C繼續(xù)固化4h，得到多孔PDMS材料，該材料的水接觸角128°左右。
[0023]實(shí)施例7:
(1)將分子量為8000的PEG和PDMS按照質(zhì)量比為4:1的比例充分混合；(2)將步驟(1)得到的PDMS-PEG混合物在120 ° C下進(jìn)行固化10 min ；(3)將步驟(2)得到的PDMS-PEG混合物在溫度為60。C的乙酸乙酯中浸泡30 min，循環(huán)浸泡2~5次；(4)后處理:將步驟(3)得到的材料在60 ° C繼續(xù)固化4h，得到多孔PDMS材料，該材料的水接觸角127°左右。
[0024]實(shí)施例8: (1)將分子量為8000的PEG和PDMS按照質(zhì)量比為4:1的比例充分混合；(2)將步驟(1)得到的PDMS-PEG混合物在120 ° C下進(jìn)行固化10 min ；(3)將步驟(2)得到的PDMS-PEG混合物在溫度為80。C的水中浸泡10 min，循環(huán)浸泡2~5次；(4)后處理:將步驟(3)得到的材料在60 ° C繼續(xù)固化4h，得到多孔PDMS材