【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于油水分离应用，更具体的说是涉及一种可用于低温环境有效吸附原油的释热型海绵及其制备方法与应用。
技术介绍
1、海上溢油事故是海洋资源开发过程中最典型、最严重的环境污染事故之一，不但对海洋生物资源及生态环境造成严重的危害，还会带来巨大的经济损失。原油泄漏所产生的水面浮油具有面积大、油层薄、粘度大等特点，如何高效、低成本地高效处理溢油事故仍是一个持续性的挑战。
2、目前常用的溢油处理方法主要包括：(1)原位燃烧法；(2)吸附法；(3)喷洒溢油分散剂；(4)微生物修复。其中，吸附法被广泛认为是处理海上油污染最环保、高效的一种方法。为了提高吸附材料对高粘度原油的吸附性能，利用原油的温敏特性，在吸附材料表面引入具有光/电/磁热转换的材料，可以实现在不同环境下原油的高效快速吸附。尽管迄今为止高性能吸油材料的开发已经取得了巨大进展，但原油回收过程中的高能耗问题仍是大规模处理海洋溢油时面临的巨大挑战。
3、相变材料是一种通过相变过程吸收和释放热量调控体系温度的热管理材料，能有效解决热能供需在时间、空间或强度方面不匹配造成的问题，从而最大限度地提高能源利用效率。因此，将相变材料耦合至吸附材料中有望实现一段时间内的低能耗、高效、持续吸附高粘度原油。目前常用的相变材料封装方法主要为真空浸渍法，但该方法存在工艺复杂，封装均匀性难以保证，封装稳定性差等缺点，这在一定程度上限制了相变材料在环境修复领域中的应用。
4、综上所述，目前在海面高粘度原油吸附回收领域中存在以下技术难题：制备繁琐，成本高，难以规模化生产
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种可用于低温环境有效吸附原油的释热型海绵及其制备方法与应用，以解决上述现有技术存在的问题，实现制备工艺简单、成本低廉且低能耗的新型吸油材料的制备，为高效快速地处理海洋溢油事故奠定良好的基础。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
3、本专利技术技术方案之一：提供一种可用于低温环境有效吸附原油的释热型海绵的制备方法，包括如下步骤：
4、将海绵依次在含有墨水的稀释液、含有疏水有机高分子材料的混合液中浸泡后固化得到超疏水墨水改性海绵；
5、将磁性金属丝固定在软管内部，并将相变材料注入软管内，对软管进行封端，得到磁性相变芯材；
6、将磁性相变芯材固定于所述超疏水墨水改性海绵内部，得到所述释热型海绵。
7、本专利技术首先对海绵进行墨水改性处理和超疏水处理，通过墨水改性处理和超疏水处理可以显著提高海绵的以下性能：(1)赋予光热转换性能：墨水中的碳纳米颗粒在海绵表面形成一层均匀的具有宽光谱光吸收能力的涂层，从而使海绵表现出良好的光热转换性能；(2)疏水改性：海绵能够吸附墨水中的碳颗粒并提供粗糙表面，再通过疏水处理，可以得到超疏水吸油海绵，墨水改性处理和超疏水处理可显著提高海绵对多种油品及有机溶剂的吸收能力。
8、本专利技术然后将通过灌装法制备的磁性相变芯材置于海绵中；灌装法有效解决了真空浸渍法封装相变材料存在的工艺复杂、封装均匀性难以保证、封装稳定性差等复杂问题，有效避免熔融态相变材料的溶出，且保证了高的封装稳定性和均匀性；在相变芯材中引入磁性金属丝可以起到磁热转换以及热传导的作用；另外，经墨水改性处理和超疏水改性处理的海绵与磁性相变芯材协同可使吸附材料同时具有光/磁热效应和储能性能；具体地，(1)墨水中的碳纳米颗粒具有优异的光热特性，在光照下能够迅速升温，显著降低原油的粘度，从而增强海绵对高粘度溢油的吸附能力，协同相变芯材可以保证复合海绵具有优异的光热转换性能和储能性能；(2)硅胶管内部固定的铁丝是一种铁磁性材料，在交变磁场中铁丝会因电磁感应产生涡流，进而通过铁的电阻转化为热量，导致材料温度升高，进一步协同相变材料可以使复合海绵具有磁热转换和储能性能。相变材料能够有效储存铁丝产生的热量，并在能量输入不足时进行释放，以此保证复合海绵可以长时间保持在较高的温度水平。
9、本专利技术所得释热型海绵可持续促进原油吸附，实现了低能耗、高效回收高粘度原油。
10、可选地，所述海绵包括三聚氰胺海绵、聚氨酯海绵中的一种或两种；所述墨水包括碳素墨水、石墨烯墨水中的一种或两种；所述磁性金属丝包括铁丝、镍铁合金丝中的一种或两种；所述软管包括硅胶管、热塑性弹性体管中的一种或两种；所述相变材料包括聚乙二醇、固体石蜡中的一种或两种。
11、优选地，所述聚乙二醇的分子量为4000～10000。
12、可选地，所述含有墨水的稀释液中的溶剂包括乙醇、异丙醇和正丁醇中的一种或多种。
13、优选地，所述含有墨水的稀释液中的墨水和溶剂的体积比为1～3:10～30。
14、可选地，所述疏水有机高分子材料包括聚二甲基硅氧烷和/或聚偏氟乙烯；所述含有疏水有机高分子材料的混合液的溶剂包括异丙醇、环己烷和乙酸乙酯中的一种或多种。
15、优选地，所述含有疏水有机高分子材料的混合液中疏水有机高分子材料的浓度为10～30mg/ml。
16、优选地，所述浸泡的时间为1～3min；所述固化的温度为70～90℃，固化的时间为3～6h。
17、优选地，将海绵置于含有墨水的稀释液中浸泡完成后，还包括后续干燥的步骤。
18、进一步地，所述含有墨水的稀释液是用墨水和乙醇配制而成；所述墨水的体积分数为10～50％；所述浸泡的时间为3～6min；所述干燥的温度为40～80℃，干燥的时间为3～6h。
19、优选地，所述海绵的长度、软管的长度和磁性金属丝的长度关系为：海绵的长度≥软管的长度＞磁性金属丝的长度；所述软管的内径为0.5～4.75mm，软管的外径为1～5mm；所述磁性金属丝的直径为0.3～0.95mm；所述软管的内径＞所述磁性金属丝的直径。
20、进一步地，所述海绵、软管和磁性金属丝的尺寸在满足上述条件的基础上，海绵的尺寸(长度×宽度×高度)进一步优选为4～10cm×3～8cm×0.5～2.5cm，更优选为6cm×4cm×1cm，软管的长度进一步优选为4～10cm，更优选为6cm，铁丝的长度进一步优选为3～8cm，更优选为4cm。
21、优选地，所述相变材料的注入量为软管容积的60～90％。
22、优选地，所述封端所用的材料包括棉纤维或木棉纤维。
23、本专利技术技术方案之二：提供所述可用于低温环境有效吸附原油的释热型海绵的制备方法制备得到的释热型海绵。
24、本专利技术所述释热型海绵为超疏水“三明治”结构光/磁热储能复合海绵。
25、本专利技术技术方案之三：提供所述释热型海绵在溢油处理中的应用。
26、本专利技术所得释热型海绵可实现低能耗、高效溢油处理。
27、本专利技术公开了以下技术效果：
28、1、本专利技术的超疏本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种可用于低温环境有效吸附原油的释热型海绵的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述海绵包括三聚氰胺海绵、聚氨酯海绵中的一种或两种；和/或，所述墨水包括碳素墨水、石墨烯墨水中的一种或两种；和/或，所述磁性金属丝包括铁丝、镍铁合金丝中的一种或两种；和/或，所述软管包括硅胶管、热塑性弹性体管中的一种或两种；和/或，所述相变材料包括聚乙二醇、固体石蜡中的一种或两种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述含有墨水的稀释液中的溶剂包括乙醇、异丙醇和正丁醇中的一种或多种；和/或，所述含有墨水的稀释液中的墨水和溶剂的体积比为1～3:10～30。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述疏水有机高分子材料包括聚二甲基硅氧烷和/或聚偏氟乙烯；和/或，所述含有疏水有机高分子材料的混合液的溶剂包括异丙醇、环己烷和乙酸乙酯中的一种或多种；和/或，所述含有疏水有机高分子材料的混合液中疏水有机高分子材料的浓度为10～30mg/mL。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述浸
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将海绵置于含有墨水的稀释液中浸泡完成后，还包括后续干燥的步骤。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述海绵的长度、软管的长度和磁性金属丝的长度关系为：海绵的长度≥软管的长度＞磁性金属丝的长度；和/或，所述软管的内径为0.5～4.75mm，软管的外径为1～5mm；和/或，所述磁性金属丝的直径为0.3～0.95mm；和/或，所述软管的内径＞所述磁性金属丝的直径。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述相变材料的注入量为软管容积的60～90％。
9.权利要求1～8任一项所述可用于低温环境有效吸附原油的释热型海绵的制备方法制备得到的释热型海绵。
10.权利要求9所述释热型海绵在溢油处理中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种可用于低温环境有效吸附原油的释热型海绵的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述海绵包括三聚氰胺海绵、聚氨酯海绵中的一种或两种；和/或，所述墨水包括碳素墨水、石墨烯墨水中的一种或两种；和/或，所述磁性金属丝包括铁丝、镍铁合金丝中的一种或两种；和/或，所述软管包括硅胶管、热塑性弹性体管中的一种或两种；和/或，所述相变材料包括聚乙二醇、固体石蜡中的一种或两种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述含有墨水的稀释液中的溶剂包括乙醇、异丙醇和正丁醇中的一种或多种；和/或，所述含有墨水的稀释液中的墨水和溶剂的体积比为1～3:10～30。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述疏水有机高分子材料包括聚二甲基硅氧烷和/或聚偏氟乙烯；和/或，所述含有疏水有机高分子材料的混合液的溶剂包括异丙醇、环己烷和乙酸乙酯中的一种或多种；和/或，所述含有疏水有机高分子材料的混合液中疏水有机高分子材料的浓...
【专利技术属性】
技术研发人员：李一鸣，董丽美，郭世崇，刘雨涵，关轶豪，包木太，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：
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