海绵结构型铁/SiC颗粒基油水分离增强层材料的制备方法与流程

本发明涉及油水分离材料领域，特别是一种海绵结构型铁/SiC颗粒基油水分离增强层材料的制备方法。

背景技术：

随着经济的发展，石油生产污水、餐饮污水、海洋油运泄漏污染等引起的含油污水污染问题越来越严重，且已经严重威胁到人类和生态环境的安全。因此，含油污水的处理已是亟待解决的问题。传统上处理含油污水的方法包含：重力分离、生物处理、化学处理和气体去除等方法。这些处理技术的分离效率还有待提高，其中一些技术还需添加化学药剂，从而对环境造成了二次污染。因此，研发高分离效率的环保型油水分离新材料具有重要意义。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种海绵结构型铁/SiC颗粒基油水分离增强层材料的制备方法，其所制备的新型油水分离材料具有高比表面积、油水分离效率高、含油污水分离处理过程环保等特点，可大规模应用于含油污水的分离处理。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种海绵结构型铁/SiC颗粒基油水分离增强层材料的制备方法，由以下步骤组成：

S1.海绵结构型铁/SiC纳米颗粒基体复合电沉积；

S2.海绵结构型铁/SiC纳米颗粒基体表面的浸蚀；

S3.海绵结构型铁/SiC纳米颗粒基体表面超疏水/超亲油层的修饰。

作为进一步的优选实施方案，所述步骤S1具体包括如下操作：

a1.聚氨基甲酸酯海绵模型的导电化处理：将纳米碳粉、纳米铁粉、乙基羟乙基纤维素、黄原胶、硅酸钠和去离子水混合均匀后形成导电浆料；将聚氨基甲酸酯海绵在导电浆料中充分浸润后，在30～60℃干燥箱内经4～9小时干燥后获得导电聚氨基甲酸酯海绵模型；

a2.海绵结构型铁/SiC纳米颗粒基体复合电沉积处理：将浓度为分析纯的氧化铁、质量百分比浓度为37％的盐酸、乳酸钠、质量百分比浓度为85％的磷酸、SiC纳米粉、碳酸钠依次加入到去离子水中，形成电沉积液；以导电聚氨基甲酸酯海绵模型为阴极，金属铁板为阳极，在80～320mA/cm²的电流密度下进行电沉积，并以超声波搅拌，在室温下电沉积2～5小时。

作为进一步的优选实施方案，所述导电浆料中各组分的质量百分比分别为：纳米碳粉15～40％、纳米铁粉15～20％、乙基羟乙基纤维素2～8％、黄原胶5～12％、碳酸氢铵0.5～7％，其余为去离子水。

作为进一步的优选实施方案，所述电沉积液中各组分浓度分别为：氧化铁120～400g/L、盐酸10～60mL/L、乳酸钠15～40mL/L、磷酸50～90mL/L、SiC纳米粉70～180g/L、碳酸钠10～80g/L。

作为进一步的优选实施方案，所述步骤S2具体包括如下操作：

b1.待海绵结构型铁/SiC纳米颗粒基体复合电沉积完成后，将其装入马弗炉中加温至150～500℃，保温10～30分钟以去除聚氨基甲酸酯海绵；

b2.将质量百分比浓度为37％的盐酸、质量百分比浓度为85％的磷酸、氢氧化钠依次加入到去离子水中，混合均匀以形成浸蚀液；在室温下将海绵结构型铁/SiC纳米颗粒基体浸入浸蚀液中1～4分钟，从而形成海绵结构型铁/SiC纳米颗粒基体表面粗糙的微纳结构。

作为进一步的优选实施方案，所述浸蚀液中各组分浓度分别为：盐酸5～40mL/L、磷酸20～50mL/L、氢氧化钠2～30g/L。

作为进一步的优选实施方案，所述步骤S3具体为：

将浓度为分析纯的十八碳酸、二十二烷酸、正丁醇、正己醇加入到乙醇中，混合均匀以形成修饰液；在室温下将表面已经浸蚀的海绵结构型铁/SiC纳米颗粒基体浸入修饰液，浸泡2～4小时后获得表面超疏水/超亲油层，从而获得海绵结构型铁/SiC纳米颗粒基超疏水/超亲油增强层油水分离材料。

作为进一步的优选实施方案，所述修饰液中各组分浓度分别为：十八碳酸30～90g/L、二十二烷酸8～190g/L、正丁醇30～120mL/L、正己醇10～110mL/L。

本发明的积极效果：本发明将海绵结构型金属的独特特性和超疏水及超亲油涂层独特的表面性质相结合，开发出了新型的高效含油污水处理材料的制备途径。根据本发明所述方法制备的新型油水分离材料，一方面其海绵结构型基体具有高表面积和重量轻的特点，另一方面其超疏水及亲油层具有独特的表面能，具有强烈的排水作用和对油的强烈的吸附作用，可以有效地分离油水混合物。即根据本发明所述方法制备的该新型油水分离材料具有高比表面积、油水分离效率高、含油污水分离处理过程环保等优点，可大规模应用于含油污水的分离处理。

附图说明

图1是本发明所述海绵结构型铁/SiC颗粒基油水分离增强层材料的制备方法流程图；

图2是本发明实施例1-3所制备的试样的油水分离效率结果对比图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。

参照图1，本发明优选实施例提供一种海绵结构型铁/SiC纳米颗粒基增强超疏水/超亲油层油水分离材料的制备方法，包括以复合电沉积制备海绵结构型铁/SiC纳米颗粒基体和在该基体表面浸蚀/修饰制备超疏水/超亲油增强层的步骤，具体如下：

①聚氨基甲酸酯海绵模型的导电化处理：将纳米碳粉、纳米铁粉、乙基羟乙基纤维素、黄原胶、硅酸钠和去离子水混合均匀后形成导电浆料，所述导电浆料中各组分的质量百分比分别为：纳米碳粉15～40％、纳米铁粉15～20％、乙基羟乙基纤维素2～8％、黄原胶5～12％、碳酸氢铵0.5～7％，其余为去离子水；将聚氨基甲酸酯海绵在导电浆料中充分浸润后，在30～60℃干燥箱内经4～9小时干燥后获得导电聚氨基甲酸酯海绵模型。

②海绵结构型铁/SiC纳米颗粒基体复合电沉积处理：将浓度为分析纯的氧化铁、质量浓度为37％的盐酸、乳酸钠、质量百分比浓度为85％的磷酸、SiC纳米粉、碳酸钠依次加入到去离子水中，形成电沉积液，所述电沉积液中各组分浓度分别为：氧化铁120～400g/L、盐酸10～60mL/L、乳酸钠15～40mL/L、磷酸50～90mL/L、SiC纳米粉70～180g/L、碳酸钠10～80g/L；以导电聚氨基甲酸酯海绵模型为阴极，金属铁板为阳极，在80～320mA/cm²的电流密度下进行电沉积，并以超声波搅拌，在室温下电沉积2～5小时。

③待海绵结构型铁/SiC纳米颗粒基体复合电沉积完成后，将其装入马弗炉中加温至150～500℃，保温10～30分钟以去除聚氨基甲酸酯海绵。

④将质量百分比浓度为37％的盐酸、质量百分比浓度为85％的磷酸、氢氧化钠依次加入到去离子水中，混合均匀以形成浸蚀液，所述浸蚀液中各组分浓度分别为：盐酸5～40mL/L、磷酸20～50mL/L、氢氧化钠2～30g/L；在室温下将海绵结构型铁/SiC纳米颗粒基体浸入浸蚀液中1～4分钟，从而形成海绵结构型铁/SiC纳米颗粒基体表面粗糙的微纳结构。

⑤将浓度为分析纯的十八碳酸、二十二烷酸、正丁醇、正己醇加入到乙醇中，混合均匀以形成修饰液，所述修饰液中各组分浓度分别为：十八碳酸30～90g/L、二十二烷酸8～190g/L、正丁醇30～120mL/L、正己醇10～110mL/L；在室温下将表面已经浸蚀的海绵结构型铁/SiC纳米颗粒基体浸入修饰液，浸泡2～4小时后获得表面超疏水/超亲油层，从而获得海绵结构型铁/SiC纳米颗粒基超疏水/超亲油增强层油水分离材料。

下面结合具体对比分析情况，给出实施例。

实施例1

本发明优选实施例1提供一种海绵结构型铁/SiC纳米颗粒复合材料的制备方法，包括按顺序进行的如下步骤：

①聚氨基甲酸酯海绵模型的导电化处理：将纳米碳粉、纳米铁粉、乙基羟乙基纤维素、黄原胶、硅酸钠和去离子水混合均匀后形成导电浆料，所述导电浆料中各组分的质量百分比分别为：纳米碳粉18％、纳米铁粉20％、乙基羟乙基纤维素3％、黄原胶5％、碳酸氢铵1.5％，其余为去离子水；将聚氨基甲酸酯海绵在导电浆料中充分浸润后，在35℃干燥箱内经4小时干燥后获得导电聚氨基甲酸酯海绵模型。

②海绵结构型铁/SiC纳米颗粒基体复合电沉积处理：将浓度为分析纯的氧化铁、质量百分比浓度为37％的盐酸、乳酸钠、质量百分比浓度为85％的磷酸、SiC纳米粉、碳酸钠依次加入到去离子水中，形成电沉积液，所述电沉积液中各组分浓度分别为：氧化铁280g/L、盐酸15mL/L、乳酸钠25mL/L、磷酸54mL/L、SiC纳米粉90g/L、碳酸钠30g/L；以导电聚氨基甲酸酯海绵模型为阴极，金属铁板为阳极，在120mA/cm²的电流密度下进行电沉积，并以超声波搅拌，在室温下电沉积3小时。

③待海绵结构型铁/SiC纳米颗粒基体复合电沉积完成后，将其装入马弗炉中加温至500℃，保温30分钟以去除聚氨基甲酸酯海绵，从而获得海绵结构型铁/SiC纳米颗粒复合材料。

以柴油与水混合而成的油水混合液(含油量为2.4wt.％)模拟含油污水，测量实施例1制得的海绵结构型铁/SiC纳米颗粒复合材料(试样1)1到10次过滤的油水分离效率，结果如图2所示。

实施例2

本发明优选实施例2提供一种降低表面能的海绵结构型铁/SiC纳米颗粒复合材料的制备方法，包括按顺序进行的如下步骤：

①聚氨基甲酸酯海绵模型的导电化处理：将纳米碳粉、纳米铁粉、乙基羟乙基纤维素、黄原胶、硅酸钠和去离子水混合均匀后形成导电浆料，所述导电浆料中各组分的质量百分比分别为：纳米碳粉18％、纳米铁粉20％、乙基羟乙基纤维素3％、黄原胶5％、碳酸氢铵1.5％，其余为去离子水；将聚氨基甲酸酯海绵在导电浆料中充分浸润后，在35℃干燥箱内经4小时干燥后获得导电聚氨基甲酸酯海绵模型。

②海绵结构型铁/SiC纳米颗粒基体复合电沉积处理：将浓度为分析纯的氧化铁、质量百分比浓度为37％的盐酸、乳酸钠、质量百分比浓度为85％的磷酸、SiC纳米粉、碳酸钠依次加入到去离子水中，形成电沉积液，所述电沉积液中各组分浓度分别为：氧化铁280g/L、盐酸15mL/L、乳酸钠25mL/L、磷酸54mL/L、SiC纳米粉90g/L、碳酸钠30g/L；以导电聚氨基甲酸酯海绵模型为阴极，金属铁板为阳极，在120mA/cm²的电流密度下进行电沉积，并以超声波搅拌，在室温下电沉积3小时。

③待海绵结构型铁/SiC纳米颗粒复合电沉积完成后，将其装入马弗炉中加温至500℃，保温30分钟以去除聚氨基甲酸酯海绵，从而获得海绵结构型铁/SiC纳米颗粒复合材料。

④将浓度为分析纯的十八碳酸、二十二烷酸、正丁醇、正己醇加入到乙醇中，混合均匀以形成修饰液，所述修饰液中各组分浓度分别为：十八碳酸32g/L、二十二烷酸28g/L、正丁醇50mL/L、正己醇90mL/L；在室温下将海绵结构型铁/SiC纳米颗粒复合材料浸入修饰液，浸泡3.5小时以降低表面能，从而获得降低表面能的海绵结构型铁/SiC纳米颗粒复合材料修饰试样(试样2)。

以柴油与水混合而成的油水混合液(含油量为2.4wt.％)模拟含油污水，测量经降低表面能修饰后的海绵结构型铁/SiC纳米颗粒复合材料试样(试样2)1到10次过滤的油水分离效率，结果如图2所示。

实施例3

本发明优选实施例3提供一种海绵结构型铁/SiC纳米颗粒基超疏水/超亲油增强层油水分离材料的制备方法，包括按顺序进行的如下步骤：

①聚氨基甲酸酯海绵模型的导电化处理：将纳米碳粉、纳米铁粉、乙基羟乙基纤维素、黄原胶、硅酸钠和去离子水混合均匀后形成导电浆料，所述导电浆料中各组分的质量百分比分别为：纳米碳粉18％、纳米铁粉20％、乙基羟乙基纤维素3％、黄原胶5％、碳酸氢铵1.5％，其余为去离子水；将聚氨基甲酸酯海绵在导电浆料中充分浸润后，在35℃干燥箱内经4小时干燥后获得导电聚氨基甲酸酯海绵模型。

②海绵结构型铁/SiC纳米颗粒基体复合电沉积处理：将浓度为分析纯的氧化铁、质量百分比浓度为37％的盐酸、乳酸钠、质量百分比浓度为85％的磷酸、SiC纳米粉、碳酸钠依次加入到去离子水中，形成电沉积液，所述电沉积液中各组分浓度分别为：氧化铁280g/L、盐酸15mL/L、乳酸钠25mL/L、磷酸54mL/L、SiC纳米粉90g/L、碳酸钠30g/L；以导电聚氨基甲酸酯海绵模型为阴极，金属铁板为阳极，在120mA/cm²的电流密度下进行电沉积，并以超声波搅拌，在室温下电沉积3小时。

③待海绵结构型铁/SiC纳米颗粒基体复合电沉积完成后，将其装入马弗炉中加温至500℃，保温30分钟以去除聚氨基甲酸酯海绵。

④将质量百分比浓度为37％的盐酸、质量百分比浓度为85％的磷酸、氢氧化钠依次加入到去离子水中，混合均匀以形成浸蚀液，所述浸蚀液中各组分浓度分别为：盐酸5mL/L、磷酸25mL/L、氢氧化钠12g/L；在室温下将海绵结构型铁/SiC纳米颗粒基体浸入浸蚀液2分钟以浸蚀其表面，从而形成海绵结构型铁/SiC纳米颗粒基体表面粗糙的微纳结构。

⑤将浓度为分析纯的十八碳酸、二十二烷酸、正丁醇、正己醇加入到乙醇中，混合均匀以形成修饰液，所述修饰液中各组分浓度分别为：十八碳酸32g/L、二十二烷酸28g/L、正丁醇50mL/L、正己醇90mL/L；在室温下将表面已经浸蚀的海绵结构型铁/SiC纳米颗粒基体浸入修饰液，浸泡3.5小时以获得表面超疏水/超亲油层，从而获得海绵结构型铁/SiC纳米颗粒基超疏水/超亲油增强层油水分离材料(试样3)。

以柴油与水混合而成的油水混合液(含油量为2.4wt.％)模拟含油污水，测量对海绵结构型铁/SiC纳米颗粒基超疏水/超亲油增强层油水分离材料(试样3)1到10次过滤的油水分离效率，结果如图2所示。

由图2可知，本发明描述的海绵结构型铁/SiC纳米颗粒基超疏水/超亲油增强层油水分离材料(试样3)1到10次过滤的油水分离效率均高于90％，具有显著的油水分离效果；实施例1海绵结构型铁/SiC纳米颗粒复合材料(试样1)基本不具有油水分离特性，实施例2经表面修饰处理后的海绵结构型铁/SiC纳米颗粒复合材料(试样2)油水分离特性只能达到60～75％，油水分离效果并不理想。由此可见，依据本发明方法制备的海绵结构型铁/SiC纳米颗粒增强超疏水/超亲油层油水分离材料具有高比表面积、油水分离效率高的显著特点。

以上所述的仅为本发明的优选实施例，所应理解的是，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的思想和原则之内所做的任何修改、等同替换等等，均应包含在本发明的保护范围之内。