金属离子-聚苯并噁嗪微纳米球作为油水分离材料的用途

摘要

本发明公开了金属离子‑聚苯并噁嗪微纳米球作为油水分离材料的用途。金属离子‑聚苯并噁嗪微纳米球具有超低密度和良好的油水分离能力，和较高的机械稳定性和化学稳定性，不但能够在高温高压下使用，而且能够有效抵抗酸、碱、盐的腐蚀，不但能有效分离一般网状材料无法分离的水/油乳状液，而且具有分离效率高、机械强度大、可循环利用等优点，具有广阔的实际应用前景。

权利要求

1.金属离子-聚苯并噁嗪微纳米球作为油水分离材料的用途，所述金属离子-聚苯并噁嗪微纳米球是将苯并噁嗪与金属离子进行聚合反应，生成金属离子-聚苯并噁嗪胶束，然后再将胶束采用反相悬浮法固化后制得。

2.如权利要求1所述金属离子-聚苯并噁嗪微纳米球作为油水分离材料的用途，其特征在于：所述金属离子-聚苯并噁嗪微纳米球的制备方法包括以下步骤：

1)将苯并噁嗪与金属离子按5∶(0.2-1)的摩尔比混合并溶于有机溶剂，在室温下超声搅拌，得金属离子-聚苯并噁嗪胶束；

3)以甘油或硅油为介质，将金属离子-聚苯并噁嗪胶束在120-240℃下固化，洗脱介质后得到金属离子-聚苯并噁嗪微纳米球。

3.如权利要求2所述金属离子-聚苯并噁嗪微纳米球作为油水分离材料的用途，其特征在于：所述苯并噁嗪与金属离子的摩尔比为5∶0.5。

4.如权利要求1-3任何一项所述金属离子-聚苯并噁嗪微纳米球作为油水分离材料的用途，其特征在于：所述金属离子为Fe3+或Zn2+或Cu2+。

说明书

金属离子-聚苯并噁嗪微纳米球作为油水分离材料的用途

技术领域

[0001] 本发明涉及金属离子-聚苯并噁嗪微纳米球作为油水分离材料的新用途。

背景技术

[0002] 快速增长的全球能源需求增加了海上石油的开采力度，随之而来的是海上溢油事故频发，导致大量原油污染海域，对生态环境造成了极其严重的危害；同时，日常生活和工业生产也产生了大量含油废水，对人类生存环境带来了不利影响。如何有效地从水中收集和清除油类已经成为世界级的挑战，并引起广泛的关注。

[0003] 传统的除油方法包括围栏吸油法、原位燃烧法、化学分散法、固化法等。然而，这些方法均比较昂贵，相对效率低下，甚至带来二次污染。与传统方法相比，使用吸附材料进行油水分离被认为是一种简单可行的方法。迄今为止，沸石、活性炭、植物/碳素纤维等吸附材料被用作油吸附材料，但是这些材料在吸油的同时还吸水，大大降低了油水分离效率。表面具有特殊浸润性的超疏水/超亲油材料的发现，能够选择性的吸收油类物质，因此可以从水中选择性去除、回收宝贵的石油资源。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种金属离子-聚苯并噁嗪微纳米球作为油水分离材料的新用途。

[0005] 所述金属离子-聚苯并噁嗪微纳米球是将苯并噁嗪与金属离子进行聚合反应，生成金属离子-聚苯并噁嗪胶束，然后再将胶束采用反相悬浮法固化后制得。

[0006] 优选地，所述金属离子-聚苯并噁嗪微纳米球的制备方法包括以下步骤：

[0007] 1)将苯并噁嗪与金属离子按5∶(0.2-1)的摩尔比混合并溶于有机溶剂，在室温下超声搅拌，得金属离子-聚苯并噁嗪胶束；

[0008] 3)以甘油或硅油为介质，将金属离子-聚苯并噁嗪胶束在120-240℃下固化，洗脱介质后得到金属离子-聚苯并噁嗪微纳米球。

[0009] 进一步优选地，所述苯并噁嗪与金属离子的摩尔比为5∶0.5。

[0010] 进一步优选地，所述金属离子为Fe3+或Zn2+或Cu2+。

[0011] 本发明中，苯并噁嗪经过金属离子参杂及反相悬浮法固化后，成功合成了具有大量孔隙的超疏水/超亲油性金属离子-聚苯并噁嗪微纳米球，较高的孔隙率使其具有更高的吸油率，该方法合成的金属离子-聚苯并噁嗪微纳米球不仅保持了聚苯并恶嗪树脂的环保、耐热、阻燃、稳定性好等优点，而且提高了聚苯并噁嗪树脂的疏水性能，具有超低密度和良好的油水分离能力，拥有较高水接触角的同时具有较低的滚动角，具有表面自洁净功能。

[0012] 本发明中，另一个重要的特点是具有较高的机械稳定性和化学稳定性，不但能够在高温高压下使用，而且能够有效抵抗酸、碱、盐的腐蚀，超疏水/超亲油金属离子-聚苯并噁嗪微纳米球不但能有效分离一般网状材料无法分离的水/油乳状液，而且具有分离效率高、机械强度大、可循环利用等优点，具有广阔的实际应用前景。

附图说明

[0013] 图1：水、油及酸、碱、盐溶液在金属离子-聚苯并噁嗪微纳米球表面的接触角；

[0014] 图2：水在金属离子-聚苯并噁嗪微纳米球表面的滚动角；

[0015] 图3：高温高压下水在金属离子-聚苯并噁嗪微纳米球表面的接触角；

[0016] 图4：金属离子-聚苯并噁嗪微纳米球的吸油速度；

[0017] 图5：金属离子-聚苯并噁嗪微纳米球的吸油重复使用；

[0018] 图6：金属离子-聚苯并噁嗪微纳米球分离水/油乳状液的效率。

具体实施方式

[0019] 下面结合实施例对本发明进行详细说明。

[0020] 实施例1

[0021] 金属离子-聚苯并噁嗪微纳米球的合成方法，包括以下步骤：

[0022] 1)在装有搅拌、冷凝装置的250ml三口烧瓶中，加入0.1mol双酚A和0.1mol三聚氰胺以及0.1mol的甲醛溶液，加入100ml甲醇作为反应溶剂，70℃反应3h，结束后旋蒸除溶剂，得苯并噁嗪。

[0023] 2)在250ml烧杯中加入0.5mol苯并噁嗪和0.1mol FeCl3，20ml甲醇和80ml甲苯作为溶剂，在室温下超声混匀，得金属离子(Fe)-聚苯并噁嗪胶束。

[0024] 3)在250ml烧杯中加入150ml硅油，加热到240℃，将金属离子(Fe)-聚苯并噁 嗪胶束加入到硅油当中固化，反应结束后用400目纱布过滤，并用石油醚洗脱吸附在微纳米球表面的硅油，得金属离子-聚苯并噁嗪微纳米球。

[0025] 实施例2

[0026] 金属离子-聚苯并噁嗪微纳米球的合成方法，包括以下步骤：

[0027] 1)在装有搅拌、冷凝装置的250ml三口烧瓶中，加入0.2mol双酚芴和0.1mol三聚氰胺以及0.2mol的甲醛溶液，加入100ml甲醇作为反应溶剂，60℃反应3h，结束后旋蒸除溶剂，得苯并噁嗪。

[0028] 2)在250ml烧杯中加入0.5mol苯并噁嗪和0.05mol ZnCl2，加入40ml甲醇和80ml甲苯作为溶剂，在室温下超声混匀，得金属离子(Zn)-聚苯并噁嗪胶束。

[0029] 3)在250ml烧杯中加入150ml硅油，加热到200℃，将金属离子(Zn)-聚苯并噁嗪胶束加入到硅油当中固化，反应结束后用400目纱布过滤，并用石油醚洗脱吸附在微纳米球表面的硅油，得金属离子-聚苯并噁嗪微纳米球。

[0030] 实施例3

[0031] 金属离子-聚苯并噁嗪微纳米球的合成方法，包括以下步骤：

[0032] 1)在装有搅拌、冷凝装置的250ml三口烧瓶中，加入0.1mol苯酚和0.3mol三聚氰胺以及0.3mol的甲醛溶液，加入100ml甲醇作为反应溶剂，90℃反应3h，结束后旋蒸除溶剂，得苯并噁嗪。

[0033] 2)在250ml烧杯中加入0.5mol苯并噁嗪和0.02mol CuCl2，加入60ml甲醇和60ml甲苯作为溶剂，在室温下超声混匀，得金属离子(Cu)-聚苯并噁嗪胶束。

[0034] 3)在250ml烧杯中加入150ml硅油，加热到120℃，将金属离子(Cu)-聚苯并噁嗪胶束加入到硅油当中固化，反应结束后用400目纱布过滤，并用石油醚洗脱吸附在微纳米球表面的硅油，得金属离子-聚苯并噁嗪微纳米球。

[0035] 实施例4

[0036] 1.金属离子-聚苯并噁嗪微纳米球的疏水/亲油性及酸、碱、盐耐受性实验：

[0037] 1)OCA-15EC接触角测定仪，分别测试水和油在金属离子-聚苯并噁嗪微纳米球表面的接触角，水以超纯水为例、油以柴油为例。

[0038] 2)倾斜样品台，测试水滴在金属离子-聚苯并噁嗪微纳米球表面的滚动角。

[0039] 3)分别配置Ph为1、7、14，浓度为1M的HCl水溶液、NaCl水溶液、NaOH水溶液。

[0040] 4)测试以上3种水溶液在金属离子-聚苯并噁嗪微纳米球表面的接触角。结果如图 1和图2所示。

[0041] 从实验结果中可以看出，本发明材料对柴油的接触角接近为零，而对3种水溶液的接触角均为150度左右。证明具有很好的疏水、亲油效果。对超纯水的接触角大于150度，且滚动角小于1度，具有明显的自洁净功能特征。

[0042] 2.金属离子-聚苯并噁嗪微纳米球的高温、高压耐受性实验：

[0043] 1)将金属离子-聚苯并噁嗪微纳米球置于150℃烘箱中，10h后取出测试水在其表面的接触角。

[0044] 2)将金属离子-聚苯并噁嗪微纳米球置于15MPa压力下，1h后取出测试水在其表面的接触角。

[0045] 结果如图3所示，从实验结果中可以看出，本发明材料的疏水性不受温度、压力的影响，可在恶劣的条件下使用。

[0046] 3.金属离子-聚苯并噁嗪微纳米球的吸油速度实验：

[0047] 1)将金属离子-聚苯并噁嗪微纳米球和400目尼龙布在60℃烘箱中烘干至恒重。

[0048] 2)准确称量一定质量的干燥的金属离子-聚苯并噁嗪微纳米球，用尼龙布包裹，做成一个金属离子-聚苯并噁嗪微纳米球吸油包，并准确称量其质量。

[0049] 3)将吸油包完全浸没在装有0#柴油的烧杯中，在第10s、60s、300s、600s、1800s、3600s时分别取出静置5s后称重。

[0050] 4)吸油后质量减去吸油包质量的吸油量，吸油量与金属离子-聚苯并噁嗪微纳米球质量比为吸油率。

[0051] 结果如图4所示，从实验结果中可以看出，本发明材料可迅速吸油，而且速度稳定，随时间变化很小。

[0052] 4.金属离子-聚苯并噁嗪微纳米球的吸油重复使用及回收实验：

[0053] 1)将金属离子-聚苯并噁嗪微纳米球和400目尼龙布在60℃烘箱中烘干至恒重。

[0054] 2)准确称量一定质量的干燥的金属离子-聚苯并噁嗪微纳米球，用尼龙布包裹，做成一个金属离子-聚苯并噁嗪微纳米球吸油包，并准确称量其质量。

[0055] 3)将吸油包完全浸没在装有0#柴油的烧杯中，10s后取出静置5s，称重。

[0056] 4)吸油后质量减去吸油包质量的吸油量，吸油量金属离子-聚苯并噁嗪微纳米球质量比为吸油率。

[0057] 5)称重后挤压吸油包，收集大部分柴油，然后用石油醚作为溶剂索氏提取剩余柴油，吸油包置于60℃烘箱烘干至恒重，石油醚与柴油的混合溶液通过蒸馏分离，回收柴 油。

[0058] 6)重复3)-5)步。

[0059] 结果如图5所示，从实验结果中可以看出，本发明材料可循环使用多次，吸油率随次数的增加变化很小。

[0060] 6.金属离子-聚苯并噁嗪微纳米球的水/油乳状液分离效率实验：

[0061] 1)将M+-聚苯并噁嗪微纳米球均匀铺展在两片圆形尼龙布中间，做成过滤层。

[0062] 2)在250ml细口瓶加入100ml液态油类，1ml超纯水，0.1g司班80，搅拌24h，配置成液滴直径在8-20μm的油包水型乳液。

[0063] 3)通过滤层过滤乳液，用卡尔费休水分测定仪测定滤液水含量。

[0064] 结果如图6所示，从实验结果中可以看出，本发明材料对水/油乳状液分离效率很高，分离率达90％以上。