一種超輕的磁性吸油材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種重量超輕，并且具有磁場響應(yīng)性能的吸油材料的制備方法。具體制備過程是將磁性納米粒子、多孔材料和功能聚合物分散于分散介質(zhì)中，超聲分散，然后通過冷凍干燥法或超臨界流體干燥法進(jìn)行干燥，再經(jīng)高溫處理后，得到質(zhì)量極低，并且具有多孔結(jié)構(gòu)的磁性吸油材料。該方法的特點(diǎn)是制備過程簡單，反應(yīng)條件簡單易行，容易實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。所制備的材料可用于海上原油泄漏事故的處理，以及工業(yè)生活污水中有害有機(jī)物的分離。由于材料質(zhì)量輕，使用時(shí)漂浮于水面對原油或有機(jī)物進(jìn)行吸附，并且吸附完成后，能夠?qū)崿F(xiàn)快速磁分離、富集。
【專利說明】一種超輕的磁性吸油材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超輕的磁性吸油材料及其制備方法，屬于油氣田用功能材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著經(jīng)濟(jì)、社會的快速發(fā)展，人們對石油及石油產(chǎn)品的需求急劇增加。在原油開采、運(yùn)輸、加工、儲存及使用過程中，由于操作失誤或事故處置不當(dāng)，經(jīng)常發(fā)生原油泄漏事故。原油泄漏不僅污染海洋、淡水體系，破壞生態(tài)環(huán)境，而且通過生物鏈最終威脅人類健康。特別是海上原油泄漏事故造成的破壞具有波及范圍廣、危害程度大、后處理困難和處理費(fèi)用高等特點(diǎn)。用吸油材料進(jìn)行處理是當(dāng)前應(yīng)對原油泄漏事故最有效的方法之一。因此，要有效解決原油泄漏造成的污染問題，就需要積極研究、開發(fā)綜合性能優(yōu)異的吸油材料。
[0003]磁性吸油材料是同時(shí)兼具磁場響應(yīng)性能和吸油性能的多功能材料，與常規(guī)吸油材料不同之處在于，在吸油完成后，可以便捷地通過外界磁場進(jìn)行快速分離，然后使得原油得到回收。由于該類材料對原油泄漏事故處理效果明顯，所以近年來得到引起研究者的廣泛關(guān)注，并得到系統(tǒng)研究。但是目前磁性吸油材料的制備方法繁瑣，反應(yīng)條件苛刻，并且所制備的磁性吸油材料質(zhì)量較重。而吸油材料的質(zhì)量越輕，在向事故現(xiàn)場運(yùn)輸或使用過程中轉(zhuǎn)移場地時(shí)可以大大降低相關(guān)費(fèi)用。同時(shí)吸油完成后，材料質(zhì)量越輕，越容易通過強(qiáng)度較小的外界磁場進(jìn)行分離，并且質(zhì)量越輕，分離速度就會越快，對原油的處理效率也就越高。因此，輕質(zhì)的磁性吸油材料對泄漏原油進(jìn)行吸附后，能夠?qū)崿F(xiàn)快速分離，達(dá)到快速消除或降低環(huán)境污染的目的。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對目前磁性吸油材料質(zhì)量較重，制備方法繁瑣等局限性，本發(fā)明的目的是提供一種超輕的磁性吸油材料，同時(shí)本發(fā)明也提供這種超輕的磁性吸油材料的制備方法。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下的技術(shù)方案:
[0006]本發(fā)明所述的一種超輕的磁性吸油材料及其制備方法，其制備方法是，將磁性納米粒子、多孔材料、功能聚合物同時(shí)分散于分散介質(zhì)中，超聲0.5-18小時(shí)，然后依次通過干燥和高溫處理，即可獲得超輕的磁性吸油材料。
[0007]本發(fā)明所述的磁性納米粒子選自四氧化三鐵納米粒子、三氧化二鐵納米粒子、鐵納米粒子、三氧化二鈷納米粒子、鐵鈷氧化物納米粒子、鐵鎳氧化物納米粒子、鐵鎳錳氧化物納米粒子中的一種或幾種，所占材料總重量的百分比為0.5-85%。
[0008]本發(fā)明所述的磁性納米粒子用表面活性劑進(jìn)行修飾，表面活性劑選自十六烷基三甲基溴化銨、十六烷基三乙基溴化銨、十二烷基三甲基溴化銨、四辛基溴化銨、四丁基溴化銨、十二烷基磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、油酸、油胺中的一種或幾種，表面活性劑用量為磁性納米粒子質(zhì)量的0.1-15%。
[0009]本發(fā)明所述的多孔材料選自石墨烯、碳納米管、膨脹石墨、活性炭、氮化硼納米片、氮化硼納米管中的一種或幾種，占材料總重量的百分比為0.3-80%。
[0010]本發(fā)明所述的功能聚合物選自聚乙二醇、聚丙二醇、聚丙烯酸、聚丙烯納、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸-2-羥基乙酯、聚2-甲基-3-丙磺酸、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸戊酯、聚甲基丙烯酸月桂酯、聚苯乙烯、聚丙烯腈中的一種或幾種，所占材料總重量的百分比為0-75%。
[0011]本發(fā)明所述的分散介質(zhì)選自水、甲醇、乙醇、四氫呋喃、異丙醇、正丁醇、正己烷、環(huán)己烷、甲苯、對二甲苯、乙苯、二氯甲烷、氯仿中的一種或幾種混合體系，分散介質(zhì)用量為將磁性納米粒子、多孔材料和功能聚合物完全分散時(shí)的最小用量。
[0012]本發(fā)明所述的干燥方式為冷凍干燥或超臨界干燥中的一種。
[0013]本發(fā)明所述的冷凍干燥時(shí)間為2-120小時(shí)。
[0014]本發(fā)明所述的超臨界流體干燥為超臨界CO2或超臨界乙醇，干燥時(shí)間為0.5-96小時(shí)。
[0015]本發(fā)明所述的高 溫處理方式選用150-1000°C煅燒0.5-15小時(shí)。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
[0017](I)吸油材料的制備方法簡單，整個(gè)反應(yīng)過程中反應(yīng)條件溫和、易行，容易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)；
[0018](2)所制備的磁性吸油材料，密度極低，可以漂浮于水面，對水面的原油和有機(jī)污染物進(jìn)行吸附，而且吸油后，材料仍然漂浮水面，有利于快速分離；
[0019](3)超輕磁性吸油材料比表面積大，孔隙率高，而且孔隙尺寸在微米、納米尺度，有利于穩(wěn)定吸附大量的原油和有機(jī)物分子，因此材料具有很高的吸油容量；
[0020](4)材料中磁性納米粒子不僅不影響吸油性能，而且使材料具有很強(qiáng)的磁場響應(yīng)性能，有利于通過磁場快速磁分離，并且可以通過調(diào)節(jié)磁性納米粒子的用量，調(diào)節(jié)吸油材料的飽和磁化強(qiáng)度；
[0021](5)通過選擇磁性納米粒子的尺寸，可以獲得具有順磁性和超順磁性的吸油材料?！揪唧w實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合實(shí)施例來描述本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明不只局限于以下實(shí)施例。
[0023]實(shí)施例1
[0024]將三氧化二鐵納米粒子1.2g，活性炭5.Sg和聚苯乙烯0.2g分散于乙醇和水的混合溶劑中，超聲處理4小時(shí)，然后用液氮處理后，進(jìn)行冷凍干燥24小時(shí)，接著在500°C處理6小時(shí)，冷卻至室溫，即制得超輕的磁性吸油材料。
[0025]實(shí)施例2
[0026]將四氧化三鐵納米粒子5.Sg，膨脹石墨35.6g和聚甲基丙烯酸甲酯3.2g分散于四氫呋喃中，超聲處理3小時(shí)，然后用液氮處理后，進(jìn)行冷凍干燥56小時(shí)，接著在700°C處理3小時(shí)，冷卻至室溫，即制得超輕的磁性吸油材料。
[0027]實(shí)施例3
[0028]將鐵納米粒子2.5g，石墨烯45.5g和聚乙二醇0.8g分散于水中，超聲處理8小時(shí)，然后用超臨界CO2進(jìn)行干燥4小時(shí)，接著在400°C處理2小時(shí)，冷卻至室溫，即制得超輕的磁性吸油材料。
[0029]實(shí)施例4
[0030]將鐵鈷氧化物納米粒子1.6g，碳納米管25.8g和聚丙二醇0.6g分散于異丙醇中，超聲處理6小時(shí)，然后用超臨界乙醇干燥2小時(shí)，接著在300°C處理3小時(shí)，冷卻至室溫，即制得超輕的磁性吸油材料。
[0031]實(shí)施例5
[0032] 將四氧化三鐵納米粒子1.Sg，氮化硼納米片25.6g分散于正己烷中，超聲處理4小時(shí)，然后用液氮處理后，冷凍干燥40小時(shí)，接著在400°C處理7小時(shí)，冷卻至室溫，即制得超輕的磁性吸油材料。
【權(quán)利要求】
1.一種超輕的磁性吸油材料及其制備方法，其特征在于，其制備方法是將磁性納米粒子、多孔材料和功能聚合物分散于分散介質(zhì)中，超聲0.5-18小時(shí)，然后依次通過干燥和高溫處理，即可獲得超輕的磁性吸油材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超輕的磁性吸油材料及其制備方法，其特征在于，磁性納米粒子選自四氧化三鐵納米粒子、三氧化二鐵納米粒子、鐵納米粒子、三氧化二鈷納米粒子、鐵鈷氧化物納米粒子、鐵鎳氧化物納米粒子、鐵鎳錳氧化物納米粒子中的一種或幾種，占材料總重量的百分比為0.5-85%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的一種超輕的磁性吸油材料及其制備方法，其特征在于，磁性納米粒子用表面活性劑進(jìn)行修飾，表面活性劑選自十六烷基三甲基溴化銨、十六烷基三乙基溴化銨、十二 烷基三甲基溴化銨、四辛基溴化銨、四丁基溴化銨、十二烷基磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、油酸、油胺中的一種或幾種，表面活性劑用量為磁性納米粒子質(zhì)量的0.1-15%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超輕的磁性吸油材料及其制備方法，其特征在于，多孔材料選自石墨烯、碳納米管、膨脹石墨、活性炭、氮化硼納米片、氮化硼納米管中的一種或幾種，占材料總重量的百分比為0.3-80%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超輕的磁性吸油材料及其制備方法，其特征在于，功能聚合物選自聚乙二醇、聚丙二醇、聚丙烯酸、聚丙烯納、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸-2-羥基乙酯、聚2-甲基-3-丙磺酸、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸戊酯、聚甲基丙烯酸月桂酯、聚苯乙烯、聚丙烯腈中的一種或幾種，占材料總重量的百分比為0-75%。
6.據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超輕的磁性吸油材料及其制備方法，其特征在于，分散介質(zhì)選自水、甲醇、乙醇、四氫呋喃、異丙醇、正丁醇、正己烷、環(huán)己烷、甲苯、對二甲苯、乙苯、二氯甲烷、氯仿中的一種或幾種混合體系。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超輕的磁性吸油材料及其制備方法，其特征在于，干燥方式為冷凍干燥或超臨界干燥中的一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超輕的磁性吸油材料及其制備方法，其特征在于，冷凍干燥時(shí)間為2-120小時(shí)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超輕的磁性吸油材料及其制備方法，其特征在于，超臨界流體干燥為超臨界CO2或超臨界乙醇，干燥時(shí)間為0.5-96小時(shí)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超輕的磁性吸油材料及其制備方法，其特征在于，高溫處理方式選用150-1000°c煅燒0.5-15小時(shí)。
【文檔編號】C09K3/32GK103965835SQ201410199180
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月13日
【發(fā)明者】武元鵬, 朱春陽, 林元華, 周瑩, 謝娟, 楊浩, 晏柱, 周昌亮 申請人:西南石油大學(xué)