復(fù)合泡沫結(jié)構(gòu)吸油材料的合成及性能研究.pdf

1、隨著世界各國對石油需求的日益增長，石油運(yùn)輸業(yè)迅速壯大。大規(guī)模石油運(yùn)輸使得溢油事故，特別是海洋溢油事故頻發(fā)。石油泄漏會給環(huán)境帶來很大危害，而利用吸油材料吸附水面（河、湖、海）溢油是一種簡單有效的治理水體溢油污染的方法。吸油材料的原料豐富，價格低，但現(xiàn)有的吸油材料吸油率低、回收困難、利用率低，無法滿足環(huán)境治理的需求。為獲得低成本、高效率吸油材料，本論文針對現(xiàn)有吸油材料存在的問題，從利用廢棄聚氨酯泡沫(PU)的角度，提出將親水PU泡沫經(jīng)過復(fù)合

2、改性從而獲得親油疏水高效吸油材料的思路;另外從具有大比表面積疏水性的納米碳材料出發(fā)，提出將功能化氧化石墨烯與吡咯共聚還原自組裝制備三維親油多孔泡沫結(jié)構(gòu)復(fù)合吸油材料的思路。采用對復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)的優(yōu)化，來提高吸油材料的吸油率和重復(fù)利用率。圍繞上述思路，論文主要開展了聚氨酯泡沫的親油疏水改性和石墨烯復(fù)合吸油材料研究，具體研究內(nèi)容如下:
　　(1)采用過氧化苯甲酰(BPO)為引發(fā)劑、二乙烯基苯(DVB)為交聯(lián)劑，在廢棄的聚醚型P

3、U泡沫表面接枝含長鏈碳分子的親油聚合物-甲基丙烯酸十二酯(LMA)，得到改性PU(PU-g-LMA);考察了BPO、DVB的用量、LMA的質(zhì)量比以及反應(yīng)時間對PU-g-LMA吸油率的影響，得到了最佳的接枝聚合條件:引發(fā)劑BPO為PU質(zhì)量的5％wt;交聯(lián)劑DVB為PU質(zhì)量的1.5％wt;m(LMA)∶m(PU)=1.5，反應(yīng)溫度為80℃、反應(yīng)時間6h，對比空白PU，PU-g-LMA吸水率下降50％，在水油混合體系中柴油和煤油的吸油率分別增

4、加了44％、100％。
　　(2)合成制備LMA微球涂覆改性PU(PU-LMAmicrospheres)。對比在PU表面接枝LMA和在PU表面涂覆LMA微球兩種改性方法對吸油率的影響。通過傅里葉紅外(FTIR)、掃描電鏡(SEM)表征證明了接枝LMA的聚合過程發(fā)生在PU骨架上的NH-基團(tuán);改性后PU-g-LMA和PU-LMAmicrospheres吸水率下降;在純油體系中PU-g-LMA吸油率增加比PU-LMAmicrospher

5、es少;在水油體系中PU-g-LMA吸油率增加大于PU-LMAmicrospheres。此外，改性的PU吸油材料對有機(jī)溶劑吸附效率良好，可以用于有機(jī)溶劑的清理回收。
　　(3)用硅烷偶聯(lián)劑KH570改性氧化石墨，改性后的氧化石墨烯(KGO)經(jīng)進(jìn)一步的超聲削離處理后，與引發(fā)劑過硫酸銨(APS)和吡咯(Py)混合，進(jìn)行水熱聚合及還原反應(yīng)，制備了多孔石墨烯復(fù)合吸油材料(KG-PPy)。考察了APS、Py的質(zhì)量和KGO濃度對三維結(jié)構(gòu)的石墨

6、烯復(fù)合材料在純油中吸油率的影響，確定了最佳用量為:KGO濃度為1.5mg/ml、Py質(zhì)量為KGO質(zhì)量的80％，APS的質(zhì)量為KGO質(zhì)量的5％。
　　(4)對KG-PPy進(jìn)行了FTIR、拉曼光譜(Raman)，X射線衍射(XRD)，SEM，透射電鏡(TEM)和比表面積(BET)表征，對比冷凍干燥和常規(guī)干燥樣品的吸油率，經(jīng)過冷凍干燥得到的樣品吸油率較高，對柴油的吸油率＞100g/g;采用常規(guī)干燥方法得到的樣品對柴油的吸油率＞48g/g

7、，且常規(guī)干燥的樣品經(jīng)過10次循環(huán)使用后吸油率仍能保持45g/g以上，同時也對有機(jī)溶劑也展現(xiàn)出良好的吸附性。
　　(5)最后探討了PU-g-LMA和KG-PPy對柴油和煤油在水面上的吸附去除過程，采用Freundlich和Langmuir等溫方程對吸附過程進(jìn)行描述，采用Lagergren擬一級和擬二級動力學(xué)方程對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，計(jì)算出動力學(xué)模型的速率常數(shù)及相關(guān)性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，PU-g-LMA和KG-PPy對柴油和煤油的吸附均符合Fr

8、eundlich等溫方程，吸附動力學(xué)則與擬二級動力學(xué)方程線性相關(guān)性系數(shù)最高。
　　上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，經(jīng)過親油疏水改性的聚氨酯泡沫和具有三維泡沫結(jié)構(gòu)的KG-PPy吸油效率提高(均＞40g/g)，結(jié)合吸附數(shù)據(jù)、表征分析和動力學(xué)及熱力學(xué)分析可以得出，在吸油過程中，吸油材料表面基團(tuán)的親油疏水性和三維結(jié)構(gòu)有利于油分子快速進(jìn)入到材料內(nèi)部，此外，KG-PPy石墨烯片層形成的大量介孔和微孔對吸附過程提供的毛細(xì)凝結(jié)作用對更快更多的吸附油分子有重大作