一种油水分离用含氟超疏水多孔材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种油水分离用含氟超疏水多孔材料及其制备方法，该多孔材料由原料苯乙烯、含氟单体、交联剂和聚磷腈微球在引发剂、去离子水和乳化剂作用下，50‑80℃反应4‑12h制成。具体步骤如下：将苯乙烯、含氟单体、聚磷腈微球、交联剂、引发剂和乳化剂混合，超声分散均匀，得到混合体系；将去离子水滴加到混合体系中，搅拌均匀，得到膏状乳液，将膏状乳液加热至50‑80℃反应4‑12h，得到初产物；将初产物用乙醇抽提除去乳化剂，然后50‑70℃干燥，得到油水分离用含氟超疏水多孔材料。本发明专利技术提供的油水分离用含氟超疏水多孔材料，通过引入含氟单体和聚磷腈微球，降低材料表面能，提高材料骨架粗糙度，构造微‑纳米结构，从而使材料具有较好的疏水亲油性能。

A kind of fluorinated super hydrophobic porous material for oil-water separation and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种油水分离用含氟超疏水多孔材料及其制备方法
本专利技术属于复合材料
，特别是一种油水分离用含氟超疏水多孔材料及其制备方法。
技术介绍
随着工业发展，人们对石油需求日益增加，但石油开采常常伴随着石油污染。石油污染是指石油开采、运输、装卸、加工和使用过程中，由于泄漏和排放石油引起的污染，主要发生在海洋。石油漂浮在海面上，迅速扩散形成油膜，可通过扩散、蒸发、溶解、乳化、光降解以及生物降解和吸收等进行迁移、转化。油类可沾附在鱼鳃上，使鱼窒息，抑制水鸟产卵和孵化，破坏其羽毛的不透水性，降低水产品质量。油膜形成可阻碍水体的复氧作用，影响海洋浮游生物生长，破坏海洋生态平衡，此外还可破坏海滨风景，影响海滨美学价值。总之，石油泄漏破坏海洋生态系统平衡，导致海洋生物缺氧死亡，影响渔业、旅游业发展，甚至危害人体健康。石油污染防治，除控制污染源，防止意外事故发生外，可通过收集海面含油污的水体，并对该水体进行分离处理。因此，油水分离技术在处理石油泄漏污染上的应用受到了普遍关注。目前，采用吸附材料进行吸附分离是一种经济有效的油水分离方法。现有的疏水亲油吸附材料大都存在疏水亲油性能不够高，耐高温、耐酸碱性能等化学惰性较低的问题，难以适用于高温、酸碱等恶劣环境中。因此，需要进一步提升吸附材料的疏水亲油性能，以及耐高温、耐酸碱性能，保持自身性能稳定，才能高效完成海上漏油等恶劣环境领域的油水分离作业。
技术实现思路
本专利技术的一个目的针对现有超疏水吸附材料存在的疏水亲油性能不够高，耐高温、耐酸碱性等化学惰性较低的问题，提供一种油水分离用含氟超疏水多孔材料本专利技术的另一个目的是提供上述含氟超疏水多孔材料的制备方法。本专利技术提供的油水分离用含氟超疏水多孔材料由原料10-50重量份苯乙烯、1-20重量份含氟单体、10-50重量份交联剂和1-20重量份聚磷腈微球在引发剂、去离子水和乳化剂作用下，通过原位聚合反应制成。其中，所述含氟单体为丙烯酸六氟丁酯、甲基丙烯酸六氟丁酯、全氟己基乙基甲基丙烯酸酯、丙烯酸十三氟辛酯中的一种。所述交联剂为乙二醇二甲基丙烯酸酯、二乙烯基苯、季戊四醇三丙烯酸酯、三烯丙基异氰尿酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中的一种。所述聚磷腈微球由六氯环三磷腈和双酚类化合物聚合反应制成，粒径是0.5～5.0微米。具体制备方法是：首先，将六氯环三磷腈、双酚类化合物、有机溶剂混合均匀，在30-40赫兹超声，35-60℃反应15-35min，然后加入缚酸剂，40-65℃超声反应2-6h；将得到的产物分别用丙酮、乙醇和去离子水清洗，离心，50-80℃干燥3-10h，最终得到粒径为0.5～5.0微米的聚磷腈微球。其中，双酚类化合物为双酚F、双酚S、双酚芴、酚酞和双酚A中的一种；缚酸剂为三乙胺、吡啶、N,N-二异丙基乙胺、4-二甲氨基吡啶、四丁基溴化铵中的一种。有机溶剂为苯、甲苯、乙腈、丙酮、乙酸乙酯、四氢呋喃和乙醇中的一种。上述的油水分离用含氟超疏水多孔材料的制备方法，步骤如下：(1)制备聚磷腈微球。(2)将10-50重量份苯乙烯，1-20重量份含氟单体，1-20重量份聚磷腈微球，10-50重量份交联剂，1-10重量份引发剂，5-30重量份乳化剂在30-100赫兹超声5-30分钟，使其分散均匀，得到混合体系。(3)将去离子水分成5-10批次，逐次滴加到步骤(2)的混合体系中，每次滴加完后低速搅拌混合至形成膏状乳液，然后在继续滴加下一批次去离子水，直至去离子水滴加完毕，得到膏状乳液，然后将膏状乳液加热至50-80℃反应4-12h，得到初产物。(4)将初产物用乙醇抽提8-12h，乙醇抽提除去乳化剂，然后50-70℃干燥10-24h，得到油水分离用含氟超疏水多孔材料。其中，所述引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、萘酸亚铜/过氧化二苯甲酰、叔丁基过氧化氢、过氧化苯甲酸叔丁酯中的一种。所述乳化剂为Span20、Span40、Span60、Span80、Tween80中的一种。优选的是，所述步骤(3)可以是：将去离子水等分为5-10份，分批次滴加到步骤(2)的混合体系中，每滴加1份去离子到步骤(2)的混合体系中后，低速搅拌混合至形成粘稠膏状乳液，然后继续滴加另1份去离子水，直至将去离子水滴加完毕，最终得到膏状乳液，将膏状乳液倒入反应容器中，加热至50-80℃反应4-12h，得到初产物，该反应容器是具有固定形状的反应模具，通过采用不同形状的模具制备出不同外形的初产物。与现有技术相比，本专利技术的有益之处在于：(1)本专利技术提供的油水分离用含氟超疏水多孔材料，采用含氟单体与苯乙烯进行乳液共聚，同时引入纳米到微米级的聚磷腈微球，与聚合物形成微-纳米结构，通过引入含氟单体和聚磷腈微球，降低材料表面能，提高材料骨架粗糙度，从而使材料具有较好的疏水亲油性能，进一步提高了材料油水分离效率。(2)聚磷腈微球主链骨架上含有P和N原子，具有一定的热稳定性，能够经受耐破碎性、耐化学降解性及耐燃烧性等。聚磷腈微球直径为纳米到微米级，具有较大的比表面积，较低的密度以及优良的吸附性能等特点。聚磷腈微球可吸附在油水界面，起到稳定乳液的作用，有利于形成油包水乳液膏状，同时构造粗糙结构。含氟聚合物材料表面能低，疏水性强，化学惰性高。含氟侧链结构可保护聚合物内部分子，降低聚合物的表面能，使化合物更加稳定。本专利技术材料以苯乙烯、含氟单体和聚磷腈微球制备超疏水多孔材料具有耐化学性，耐高温等特点，在高温、酸碱等恶劣环境中能够保持自身性能稳定且高效完成油水分离作业，可用于化学化工行业、海上漏油等恶劣环境领域的油水分离。(3)本专利技术以水为分散介质，制备油水分离用超疏水多孔材料，制备工艺简单，容易操作，易于推广。本专利技术的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本专利技术的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。附图说明图1是实施例1所述双酚S聚磷腈微球扫描电镜图。图2是实施例1所述双酚S聚磷腈微球红外图。图3是实施例2所述双酚F聚磷腈微球扫描电镜图。图4是实施例2所述双酚F聚磷腈微球红外图。图5是实施例1所述超疏水多孔材料接触角图。图6是对比例1和对比例2制备的多孔材料的接触角图。(a)是苯乙烯多孔材料，(b)是苯乙烯/含氟单体多孔材料。图7是实施例1所述超疏水多孔材料扫描电子显微镜测试SEM图。图8是实施例1所述超疏水多孔材料油水分离流程图。图9是实施例1所述超疏水多孔材料酸碱环境下接触角图。(a)是酸性pH＝1时的接触角。(b)是碱性pH＝14时的接触角。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。(1)扫描电子显微镜测试(SEM)扫描电子显微镜测试采用卡尔蔡司显微图像有限公司ZEISSEV0MA15型扫描电子显微镜。样品置于导电胶上，喷金处理，二次电子观察样品表观形本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种油水分离用含氟超疏水多孔材料，其特征在于，该多孔材料由10-50重量份苯乙烯、1-20重量份含氟单体、10-50重量份交联剂和1-20重量份聚磷腈微球通过原位聚合反应制成。/n

【技术特征摘要】
1.一种油水分离用含氟超疏水多孔材料，其特征在于，该多孔材料由10-50重量份苯乙烯、1-20重量份含氟单体、10-50重量份交联剂和1-20重量份聚磷腈微球通过原位聚合反应制成。


2.如权利要求1所述的油水分离用含氟超疏水多孔材料，其特征在于，所述含氟单体为丙烯酸六氟丁酯、甲基丙烯酸六氟丁酯、全氟己基乙基甲基丙烯酸酯、丙烯酸十三氟辛酯中的一种。


3.如权利要求1所述的油水分离用含氟超疏水多孔材料，其特征在于，所述交联剂为乙二醇二甲基丙烯酸酯、二乙烯基苯、季戊四醇三丙烯酸酯、三烯丙基异氰尿酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中的一种。


4.如权利要求1所述的油水分离用含氟超疏水多孔材料，其特征在于，所述聚磷腈微球由六氯环三磷腈和双酚类化合物聚合反应制成，粒径是0.5～5.0微米。


5.一种如权利要求1-4任意一项所述的油水分离用含氟超疏水多孔材料的制备方法，其特征在于，由原料苯乙烯、含氟单体、交联剂和聚磷腈微球在引发剂、去离子水和乳化剂作用下，50-80℃反应4-12h制成。


6.如权利要求5所述的油水分离用含氟超疏水多孔材料的制备方法，其特征在于，步骤如下：
(1)制备聚磷腈微球；
(2)将苯乙烯、含氟单体、聚磷腈微球、交联剂、引发剂和乳化剂混合，超声分散均匀，得到混合体系；
(3)将去离子水分成5-10批次，逐次滴加到步骤(2)的混合体系中，每次滴加完后低速搅拌混合至形成膏状乳液，然后在继续滴加下一批次去离子水，直至去离子水滴加完毕，得到膏状乳液，将膏状乳液加热至50-80℃反应4-12h，得到初产物；
(4)将初产物用乙醇抽提除去乳化剂，然后50-70℃干燥，得到油水分离用含氟超疏水多孔材料。

【专利技术属性】
技术研发人员：赵春霞，邓诗琴，李云涛，黄浩然，向东，李辉，冯利萍，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川;51