一种可处理粘性原油的超疏水光热吸附材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种可处理粘性原油的超疏水光热吸附材料及其制备方法，以苯胺为单体，过硫酸铵作为氧化剂，掺杂酸选用全氟辛酸，使用PDMS作为粘结剂，以多孔密胺海绵为基材，采用原位化学氧化聚合法和PDMS浸泡法合成具有超疏水光热转换性能的聚苯胺复合材料。本发明专利技术采用苯胺原位化学氧化聚合法和PDMS浸泡法两步合成聚苯胺复合海绵，合成工艺简单，原料易得，容易大规模生产；制备的海绵具有优异的超疏水性和优异的光热性能，可以大容量的吸附原油，并可以重复利用；制备的海绵具有优异的机械耐久性，可以在苛刻环境下稳定使用，适用于各种场景。

【技术实现步骤摘要】
一种可处理粘性原油的超疏水光热吸附材料及其制备方法
本专利技术涉及超疏水吸附材料制备领域，具体地说，涉及一种可处理粘性原油的超疏水光热吸附材料及其制备方法。
技术介绍
原油是现代工业社会最重要的自然资源之一，在日常生活、生产乃至军工领域都需要原油作为能源或原料。但随着原油需求量的上升，原油泄漏事故也在迅速增加，全世界每年估计有1.2亿加仑的原油及其精炼产品泄漏到环境中。原油泄露不仅造成了大量的资源浪费，而且对海洋环境以及人类和动物健康都有长期且持续的影响。因此，为了迅速消除原油泄漏对于环境的污染，迫切需要开发一种高效、廉价且环保的原油回收方法。目前，传统的溢油回收处理方法主要有化学分散方法、原位燃烧法、机械回收法以及生物修复法等。这些方法，或是受到使用条件限制，或是油水分离效率低，甚至在某些情况下还会对环境造成负面影响。近年来，采用具有疏水性和亲油性的多孔吸附材料进行吸收溢油的方法越来越受到关注，其原理是该类材料可以在范德华力和毛细管效应的作用下有效地进行油水分离，其特点是效率高，可重复使用，成本低。然而，石油中含有～40％的重质原油，其粘度远高于普通的非粘性油，流动性很差，严重影响油吸附和溢油修复效率；此外，具有高附着力的原油也难以从多孔吸收剂中排出，严重影响吸附材料的重复使用率。原油的粘度一般随温度的升高而降低，因此使用具有自加热特性的疏水性分离材料是解决粘性原油吸收的有效方法。这些材料能够将其他能源直接转换为热能，以加热周围的原油，从而降低油的粘度。目前具有自加热特性的材料主要有两类：焦耳加热的油吸附材料和太阳能加热的油吸附材料。但焦耳加热的油吸附材料存在大规模应用时会消耗大量电能的缺点而受到应用限制。与电加热相比，光热转换是一种低成本且更加便捷的加热方法。中国专利CN111804011A公开了一种具有光热效应的超疏水油水分离棉纱及其制备方法，棉纱在光照条件下自身温度升高，从而降低周围原油粘度，提高对原油的吸附和透过效率，进行油水分离。但是该方法制备工艺要求较高，银纳米粒子价格昂贵，且制备过程中纳米粒子的聚集和分散稳定性也是不可避免的难题，因此该方法不适用于大规模应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了开发出一种性能优良的新型光热吸附材料而提供一种可处理粘性原油的超疏水光热吸附材料及其制备方法。本专利技术的目的是这样实现的：以苯胺为单体，过硫酸铵作为氧化剂，掺杂酸选用全氟辛酸，使用PDMS作为粘结剂。以多孔密胺海绵为基材，采用原位化学氧化聚合法和PDMS浸泡法合成具有超疏水光热转换性能的聚苯胺复合材料。本专利技术中以密胺海绵作为基材，聚苯胺(PANI)为光热材料，聚二甲基硅氧烷(PDMS)为粘合剂，通过原位生长和涂覆粘合剂的方式构建超疏水光热海绵。密胺海绵成本低廉，孔隙率高，具有良好的柔韧性，非常适合作为油水分离材料的基材。原位聚合法让PANI均匀地生长在海绵基材骨架上，形成一层均匀的疏水和光热转换涂层。能够快速将太阳光能转化为热能，以加热海绵周围的原油，降低原油粘度，从而达到快速高效吸收原油的目的。PDMS作为粘合剂使PANI涂层与海绵基材紧密结合。其合成步骤简单，原材料价廉易得，具有优秀的机械耐久性，可以作为理想的超疏水光热吸附材料。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)采用苯胺原位化学氧化聚合法和PDMS浸泡法两步合成聚苯胺复合海绵，合成工艺简单，原料易得，容易大规模生产。(2)制备的海绵具有优异的超疏水性和优异的光热性能，可以大容量的吸附原油，并可以重复利用。(3)制备的海绵具有优异的机械耐久性，可以在苛刻环境下稳定使用，适用于各种场景。附图说明图1是PDMS/PANI超疏水光热海绵的微观形貌及润湿性表征；其中图1(a,b)原始密胺海绵，(c,d)PDMS/PANI超疏水光热海绵的SEM，插图为PDMS/PANI超疏水光热海绵的静态水接触角；图2是PDMS/PANI超疏水光热海绵对不同溶剂和油的吸附能力；图3是经过循环磨损试验后PDMS/PANI超疏水光热海绵的WCA；图4是经过多次压缩循环之后PDMS/PANI超疏水光热海绵的WCA；图5是原始密胺海绵和PDMS/PANI超疏水光热海绵在模拟阳光照射下的表面温度随时间变化曲线；图6是硅油粘度随油温的变化曲线；图7是在光照不同时间后原始密胺海绵和PDMS/PANI超疏水光热海绵对硅油的吸附能力。具体实施方式下面结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述。DMS/PANI超疏水光热海绵的制备：将苯胺(8mmol)和全氟辛酸(2.6mmol)添加到20mL蒸馏水中，并将该混合物在25℃恒温水浴中搅拌30min使其混合均匀。裁剪密胺海绵1cm×1cm×1cm，用乙醇和蒸馏水反复清洗，干燥，然后将其浸没在上述溶液中约10min。然后将10mL的APS溶液(0.2mol/L)缓慢滴加到上述溶液中，并将混合物搅拌5min，然后在25℃恒温水浴中静置反应24h。反应完毕后将PANI改性的海绵用蒸馏水和无水乙醇反复洗涤至无色，放入60℃真空干燥箱中干燥24h。将0.1g的PDMS预聚物和0.01g固化剂添加在50mL正己烷中，充分搅拌以形成均匀的溶液(2mg/mL)，然后将PANI改性海绵浸入到上述溶液中10min。最后将改性海绵在100℃下固化1h。2、PDMS/PANI超疏水光热海绵的微观形貌及润湿性表征：如图1a和b所示，原始密胺海绵呈现出三维交联网络结构，其表面光滑且具有较大的孔径(约100μm)。PDMS/PANI超疏水光热海绵形貌如图1c和d所示，PANI改性海绵表面涂覆一层PDMS之后其多孔结构并未受影响，海绵表面的微纳米多级结构被完美保存下来，且PDMS作为粘合剂可以增强PANI涂层与海绵基材之间的粘附力。PDMS/PANI超疏水光热海绵水接触角能够达到约154°。3、PDMS/PANI超疏水光热海绵对不同油的吸附能力：将PDMS/PANI超疏水光热海绵(1cm×1cm×1cm)分别浸润到不同溶剂及油中1h。使PDMS/PANI超疏水光热海绵充分吸收至饱和状态，然后测试其吸收量。如图2所示，PDMS/PANI超疏水光热海绵对不同溶剂和油类显示出优异的油吸附能力，具有良好的超疏水超亲油性，可以作为理想的油水分离材料。4、PDMS/PANI超疏水光热海绵的机械耐久性：PDMS/PANI超疏水光热海绵初始WCA约为154°。从图3中可以看出，在经过25次摩擦循环之后，PDMS/PANI超疏水光热海绵依然能够保持超疏水性。在经过50个循环后，PDMS/PANI超疏水光热海绵疏水性有一定的降低，但其WCA依然能够保持在145°以上。如图4所示，在经过150次压缩循环之后PDMS/PANI超疏水光热海绵仍然能够保持超疏水性，显示出良好的机械耐久性。5、PDMS/PANI超疏水光热海绵的光热转换性能：如图5所示，给出了原始密胺海绵和PDMS/PANI超疏水光热海绵在模拟光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可处理粘性原油的超疏水光热吸附材料，其特征在于，由以下步骤制备而成：/n以苯胺为单体，过硫酸铵作为氧化剂，掺杂酸选用全氟辛酸，使用PDMS作为粘结剂，以多孔密胺海绵为基材，采用原位化学氧化聚合法和PDMS浸泡法合成具有超疏水光热转换性能的聚苯胺复合材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种可处理粘性原油的超疏水光热吸附材料，其特征在于，由以下步骤制备而成：
以苯胺为单体，过硫酸铵作为氧化剂，掺杂酸选用全氟辛酸，使用PDMS作为粘结剂，以多孔密胺海绵为基材，采用原位化学氧化聚合法和PDMS浸泡法合成具有超疏水光热转换性能的聚苯胺复合材料。


2.根据权利要求1所述的可处理粘性原油的超疏水光热吸附材料，其特征在于，具体步骤为：
将苯胺8mmol和全氟辛酸2.6mmol添加到20mL蒸馏水中，并将该混合物在25℃恒温水浴中搅拌30min使其混合均匀；裁剪密胺海绵1cm×1cm×1cm，用乙醇和蒸馏水反复清洗，干燥，然后将其浸没在上述溶液中约10min；然后将10mL的APS溶液0.2mol/L缓慢滴加到上述溶液中，并将混合物搅拌5min，然后在25℃恒温水浴中静置反应24h；反应完毕后将PANI改性的海绵用蒸馏水和无水乙醇反复洗涤至无色，放入60℃真空干燥箱中干燥24h；将0.1g的PDMS预聚物和0.01g固化剂添加在50mL正己烷中，充分搅拌以形成均匀的溶液2mg/mL，然后将PANI改性海绵浸入到上述溶液中10min；最后将改性海绵在100℃下固化1h。

<...

【专利技术属性】
技术研发人员：李瑞琦，张国立，杨丽雪，周长青，田家祥，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23