摘 要

国内工业迅速发展，石油需求量日益增长，石油泄漏事故发生会污染水体、破坏生态，因此如何高效的进行油水分离成为全球性课题。本实验以聚氨酯多孔材料为基体材料，制备出综合性能最好的凹凸棒/聚氨酯多孔复合材料，并研究其吸油性能。

将凹凸棒进行不同工艺的球磨酸处理并冷冻干燥，将处理后的凹凸棒充分分散，沉降情况表明6h球磨处理的凹凸棒在比例为5:5和7:3的水/乙醇混合液中分散效果最好；用6h预处理的凹凸棒分散在比例为5:5的水/乙醇混合液中制成凹凸棒分散液，用浸渍涂覆法改性聚氨酯，改变浸渍涂覆过程的分散液中凹凸棒浓度和浸渍时间，结果表明，随着浸渍分散液浓度上升，聚氨酯增重量先上升后不变，浸渍时间对聚氨酯的增重量影响不大，所制得的复合材料接触角相比于聚氨酯有所增加；在吸油性能测试中，复合材料对柴油的饱和吸油量在44g/g左右，在经过50次重复吸油实验后，复合材料饱和吸油量下降不大，证明材料具有较好的可重复使用性。

关键词：聚氨酯 凹凸棒 分散 多孔材料 吸油

Preparation and Oil Absorption Properties of Attapulgite/polyurethane Porous Composites

Abstract

Domestic industry is developing rapidly, oil demand is increasing, and oil spills can pollute water bodies and destroy ecology. Therefore, how to efficiently separate oil and water has become a global issue. In this experiment, polyurethane porous material was used as the matrix material to prepare the attapulgite/polyurethane porous composite with the best comprehensive performance, and the oil absorption performance was studied.

The attapulgite was subjected to ball milling acid treatment of different processes and freeze-dried, and the treated attapulgite rods were well dispersed. The sedimentation showed that the 6h ball-milled attapulgite was dispersed in a water/ethanol mixture with a ratio of 5:5 and 7:3. The effect is best; the attapulgite pretreated with 6h is dispersed in a water/ethanol mixture with a ratio of 5:5 to prepare an attapulgite dispersion, and the polyurethane is modified by dip coating to change the dispersion in the dip coating process. The concentration of attapulgite and the immersion time show that as the concentration of the immersion dispersion increases, the weight gain of the polyurethane rises first and then change little. The immersion time has little effect on the weight gain of the polyurethane. The contact angle of the composite material is compared with that of polyurethane. In the oil absorption performance test, the saturated oil absorption of the composite material to diesel is about 44g/g. After 50 repeated oil absorption experiments, the saturated oil absorption of the composite material decreases little, which proves that the material has good repeatability usability.

Key Words: Polyurethane; Attapulgite; Dispersion; Porous material; Oil absorption

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 引言 1

1.1 前言 1

1.2 研究现状 2

1.2.1 吸油材料 2

1.2.2 聚氨酯基多孔材料 2

1.2.3 凹凸棒及其应用 3

1.3 课题研究内容 4

第二章 实验部分 5

2.1 主要原料 5

2.2 实验仪器 5

2.3 凹凸棒的分散行为 5

2.3.1 凹凸棒的预处理 5

2.3.2分散性能实验 6

2.4 凹凸棒/聚氨酯多孔复合材料的制备 7

2.4.1 吸附时间的影响 7

2.4.2 凹凸棒浓度的影响 7

2.5 吸油实验 8

2.5.1饱和吸油实验 8

2.5.2重复吸油实验 8

第三章 实验数据与讨论 9

3.1 凹凸棒的预处理 9

3.1.1 凹凸棒的红外谱图 9

3.1.2 凹凸棒的SEM照片 9

3.1.3 凹凸棒的凝胶现象 10

3.2 凹凸棒的分散行为 11

3.2.1 球磨时间对分散行为的影响 11

3.2.2 分散体系对分散行为的影响 13

3.3 凹凸棒/聚氨酯复合材料的制备 15

3.3.1 吸附时间对复合材料的影响 15

3.3.2 吸附浓度对复合材料的影响 18

3.4 吸油性能 20

3.4.1 凹凸棒/聚氨酯多孔复合材料的饱和吸油量 20

3.4.2 凹凸棒/聚氨酯多孔复合材料的重复吸油量 22

第四章 结论和展望 23

4.1 结论 23

4.2 展望 23

参考文献 24

致谢 26

第一章 引言

1.1 前言

中国工业发展越来越快，石油资源作为工业不可缺少的原料，也变得越来越重要，与此同时虽然石油的开采技术日新月异，但是不可避免的还是会有泄漏事故发生。对人类来说，水资源是全人类最宝贵的财富之一，而当今旱地开采石油已经无法满足人类工业发展的庞大需求，因此不可避免的需要开发海上石油资源，如果石油泄漏事故发生，将严重污染水资源和海上生态体系，造成无法挽回的后果。因此，当石油或者油性物质泄漏造成水体污染的时候，如何通过有效处理使得油性物质有效回收或者使油水污染体系无害化逐渐成为一个亟待解决的严重环境问题，如何实现油水混合物中油品的高效、清洁、彻底的回收也逐渐成为一个全球性的挑战。

要想解决油性物质的吸附与回收问题，首先需要选择用于回收油品的材料，其中多孔材料是一种非常具有使用潜力的材料，多孔材料在吸油的应用中具有可以高效快捷吸附油性物质，保油性强，且一般浮于水上便于使用之后回收的特点，因此制备性能优良，价格低廉的吸油多孔材料越来越成为当前油水分离材料研究领域的热点。市面上售卖的吸油材料种类繁多，其中聚氨酯多孔材料具有价格低廉，吸油保油效果好等特点，其次现阶段的很多研究都是在聚氨酯原料中添加改性物质，然后发泡制成聚氨酯泡沫材料，制备工序相比较于直接将聚氨酯进行吸附改性的工序要复杂，另外，凹凸棒黏土材料具有比表面积大、来源广泛等特点，可以应用于聚氨酯材料改性，因此本课题拟采用市面上售卖的聚氨酯材料与凹凸棒黏土材料利用浸渍涂覆法和溶剂热法进行改性，目的是将凹凸棒通过简单吸附的方式粘结在聚氨酯多孔材料基体之上，使其成为凹凸棒/聚氨酯多孔复合材料借此提升聚氨酯基体材料的吸油性能和保油性能。

1.2 研究现状

1.2.1 吸油材料

石油作为极其重要珍贵的能源，在发生泄漏的时候高效回收利用才是针对现在资源短缺状况的良策，于是吸油材料的研究在国内外研究人员的努力之下被推上了风口浪尖，各种吸油材料层出不穷，种类之多首先从种类来看，吸油材料分为无机吸油材料和有机吸油材料其中又可以细分为天然材料和人工合成材料^[1-2]，对于天然无机材料来说，人类对其的开发利用已然历经了很长的时间，但是对于那些比表面积大，天然颗粒状并呈多孔微观结构的材料一直都是国内外研究的重点^[3-4]，比如在曹宏等人^[5]的研究中，设计实验比较了在不同的膨胀温度下得到的膨胀石墨对油性物质的吸附情况，在他们的实验中，用柴油作为主要吸附的对象，其结果为膨胀石墨对柴油有相当好的吸附性，而且，膨胀容积与对柴油的吸附量呈现正相关，而且在使用性能测试中，膨胀石墨的静态或动态的吸附效果都很好，而且对于吸附比较困难的乳化体系来说也有比较好的除油效果。另外，对于无机材料来说气凝胶吸油材料具有很高的表面积和很高的孔隙率，在多孔材料中密度相对较低，因此气凝胶的研究也是现在国内外的重点攻克方向，在Hrubesh等人^[6]的文章中研究了以二氧化硅为原料的气凝胶材料，在表征阶段发现，这种气凝胶对于各种不同的有机溶剂和油性物质都有很好的吸附性。在有机化学领域，吸油材料也有十分广泛的研究，如一些天然的吸油材料，很多人发现一些植物的秸秆中遍布小孔，很适合作为一种天然的吸附改性基体材料，，很多研究者通过对植物秸秆进行物理化学的处理，使之成为易于吸附油性物质的材料，例如在朱超飞等人^[7]的研究中选用了玉米秸秆，用复合接枝的方法，将苯乙烯和甲基丙烯酸丁酯接枝在玉米秸秆纤维素表面，综合这几种材料的优点，制作出了价格低廉，来源广泛的吸油材料。

1.2.2 聚氨酯基多孔材料

在众多吸油材料之中，聚氨酯多孔材料作为一种容易制备，价格低廉的基材，一直是研究的热点，当前的研究的重点基本放在聚氨酯和其他材料复合发泡以提高材料本身的接触角达到油水分离的目的，

通过将聚氨酯和其他材料一同复合制成新型吸油材料的例子屡见不鲜，在魏徵等人^[8]的研究中使用了聚醚多元醇和甲苯二异氰酸酯作为聚氨酯原料，文章研究了在不同开孔率之下的聚氨酯多孔材料的吸油性能的影响，结果发现，孔径大小和开孔率高低与吸油倍率呈正相关关系，另外不同油品的分子大小也会影响多孔材料的吸油情况。除了聚氨酯的制备原料和发泡工艺之外，改性手段的不同也会影响聚氨酯多孔材料吸油的性能，在Pan等人^[9]发表的文章中研究了一种改性聚氨酯多孔材料，实验中通过增加改性涂料的层数改变了聚氨酯表面的粗糙程度，使之拥有了更好的吸油能力，另外涂料的使用大大简化了聚氨酯制备和发泡的步骤，使得改性多孔材料，提高它的吸油能力的过程更加方便容易，文中还介绍了聚氨酯的可重复使用性能，在经过50次循环实验之后Pan等人^[10]所制备的复合材料仍能保持较好的使用性能。在王伟等人的研究中，介绍了层层自组装技术，利用这种技术对聚氨酯进行疏水改性大大提高了油水分离性能。

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