改性聚氨酯泡沫在含油污水处理中的应用研究进展.pdf

改性聚氨酯泡沫在含油污水处理中的应用研究进展张 涛 薛 丹 米董哲 都 特(.西安石油大学化学化工学院 陕西西安)(.长庆油田分公司第四采气厂地质工艺研究所 陕西西安)摘 要:概述了纳米材料、石墨烯、硅烷/硅氧烷等对聚氨酯泡沫进行改性及其在油水分离方面的应用研究现状并对改性聚氨酯泡沫的制备、油水分离机理及其在污水处理中的应用研究进行了展望关键词:含油污水聚氨酯泡沫物理吸附疏水改性功能改性中图分类号:.文献标识码:文章编号:():./.通信联系人:薛丹女 年出生博士副教授研究方向为油田化学品的合成与改性:.基金项目:陕西省科技厅工业领域一般项目()近年来含油污水对生态环境的破坏愈加严重将含油污水净化分离出有经济价值的油和可循环利用的水实现经济价值和生态价值的最大化在环境污染治理方面受到广泛关注 目前含油污水的处理主要采取 种方法:生物降解法、化学絮凝法和物理吸附法其中物理吸附法因具有吸收率高、环境友好和可回收性高等诸多优点被广泛应用聚氨酯软泡具有孔隙率高、重量轻、弹性强等优点是性能优越的物理吸附材料在油水分离中有着不可比拟的优势 但传统聚氨酯软泡含有大量极性键油水选择性差需要对其进行疏水改性 为了改善聚氨酯泡沫的疏水性和油水选择性一般可在泡沫中引入硅烷和硅氧烷、掺杂石墨烯和各种纳米材料等对聚氨酯泡沫进行改性诱导泡沫的疏水性转变改善其在含油污水处理中的油水选择性能本文总结了油水分离用聚氨酯泡沫的改性研究及应用现状展望了聚氨酯泡沫材料在油水分离领域的研究方向及应用前景 纳米材料改性聚氨酯泡沫纳米材料是三维尺寸中至少一维为 尺寸的材料能够以极小的添加量大幅提升复合材料的性能 将纳米材料负载到聚氨酯泡沫材料上不仅可以增加聚氨酯泡沫的粗糙度增强其吸附性能还可以使聚氨酯泡沫具备纳米材料的某些特殊性能从而改变聚氨酯泡沫的疏水性和油水选择性达到提高油水分离效果的目的.磁性 纳米颗粒改性聚氨酯泡沫磁性四氧化三铁()纳米颗粒改性聚氨酯泡沫不仅增强了聚氨酯泡沫粗糙度和吸油性能而且还为其提供了磁响应性磁响应性的存在增加了聚氨酯泡沫的易分离性和可回收重复使用性能 通常利用多巴胺自聚合反应在固体表面设计锚点能够黏附纳米材料是在温和条件下将纳米颗粒固定在固体表面通用的有效办法 等通过多巴胺自聚合将磁性 纳米颗粒和疏水硬脂酸()引入到聚氨酯泡沫的骨架上制备了一种磁性超疏水聚氨酯泡沫 经测定未经改性的聚氨酯泡沫的水接触角为 改性后的磁性超疏水聚氨酯泡沫的水接触角为 磁性超疏水聚氨酯泡沫可吸收超过 倍自身重量的油可重复使用 次 等通过浸渍法将超声分散的膨胀石墨()、磁性纳米颗粒和硬脂酸分散在密度为/的商用聚氨酯泡沫的骨架上制备出磁性超疏水复合聚氨酯泡沫其吸油能力达到 /且在 内即可达到完全饱和通过浸渍涂覆方法将聚氨酯泡沫浸聚氨酯工业 年第 卷 第 期.入超声分散的、按一定比例混合的功能化油酸()、纳米颗粒和氧化石墨烯()的混合溶液()中制备了磁性超疏水聚氨酯泡沫 改性后泡沫的密度为 /水接触角为能选择性地吸附水中的油类和有机溶剂吸附容量为 /溢油清理实验 次后吸附能力不下降 等通过浸渍法将预处理的纤维素十氟联苯和 纳米颗粒引入聚氨酯泡沫的骨架制备了磁性聚氨酯泡沫 该磁性疏水聚氨酯泡沫的水接触角为 对于甲苯、异辛烷、正己烷、橄榄油和润滑油的分离效率分别为.、.、.、.和.重复使用 次后水接触角仍保持在 回收率为.纳米二氧化硅改性聚氨酯泡沫纳米二氧化硅()无毒、无味具有密度低、纯度高、粒径小、比表面积大的优点具备优越的触变性、稳定性和优良的光学及机械性能王煦漫等将纳米 和硅烷偶联剂分散在二甲苯中加入一定量的由单官能团 单元(单元)与四官能团 单元(单元)组成的有机硅树脂(树脂)利用超声分散方法形成含纳米和 树脂的疏水分散液最后将预处理的聚氨酯泡沫浸入上述疏水分散液中制备纳米 改性超疏水聚氨酯泡沫 经疏水改性的聚氨酯泡沫的水接触角为.表现出超疏水性能对油的分离效率为.等在超声分散下将次亚磷酸二乙基铝()及 纳米颗粒分散到无水乙醇中再加入一定量的正硅酸四乙酯()配成浸渍液最后将聚氨酯泡沫浸渍其中制备了具有良好阻燃性能的疏水柔性聚氨酯泡沫复合材料(/)由于堆积的 纳米颗粒表面粗糙度较大且 本身具有疏水性聚氨酯泡沫的水接触角从改性前的 提升至改性后的 /泡沫对二氯甲烷的吸附比达到 /且在湍流条件下/泡沫也可快速、选择性地吸附水面上的油类或有机溶剂.纳米管改性聚氨酯泡沫纳米管的管壁可以薄到只有一个原子长度却可以达到其厚度的数千倍具备优良的导电导热性根据形成纳米管材料的不同可以分为碳纳米管、埃洛石纳米管等.碳纳米管改性聚氨酯泡沫 等通过多巴胺的氧化自聚合先将碳纳米管()超声分散在亲水多巴胺()溶液中搅拌并过滤制得碳纳米管亲水多巴胺()再将处理后的密度 /聚氨酯泡沫及一定量的 加入多巴胺溶液中搅拌使其充分分散制得 泡沫 最后将所得 泡沫与疏水多巴胺()在乙醇溶液中反应得到 改性聚氨酯泡沫()具有超疏水性水接触角为 吸油量可达自身重量的.倍可重复使用 次 等先在聚乙二醇()和 型多异氰酸酯的预聚反应中掺杂碳纳米管制备含碳纳米管的聚氨酯泡沫()再在 缓冲盐溶液中加入一定量的 并将 泡沫浸入上述溶液中通过多巴胺自聚合制得多巴胺锚定的 泡沫 最后将不同浓度的二氨基十二烷()和多壁碳纳米管()超声分散在 缓冲盐的乙醇溶液中并浸入 泡沫通过 加成反应和 碱反应获得了 泡沫 经改性泡沫的孔尺寸由.变为.水接触角达到 吸附能力达 /可重复进行 次吸脱附循环.埃洛石纳米管改性聚氨酯泡沫埃洛石纳米管()是一种天然的管状粘土一般表现为亲水性 管的外表面富含 内腔富含 基团表面化学性质可调 等先通过十六烷基三甲氧基硅烷()与四乙氧基硅烷的接枝缩合反应对 进行改性制备了疏水埃洛石纳米管()再用 涂敷聚氨酯泡沫制得超疏水聚氨酯泡沫()的密度由./增至 /以上孔隙率也由原始泡沫的.下降至 左右水接触角增加为 对油脂和有机溶剂具有高度的选择吸收性对氯仿和二氯乙烷的吸附量分别可以达到自身重量的 倍和 倍 次循环使用后仍保持较高的吸附性能.其它纳米材料改性聚氨酯泡沫 等先 将 五 氟 苯 乙 烯()分散在四氢呋喃()中再加入 纳米第 期 张涛等改性聚氨酯泡沫在含油污水处理中的应用研究进展颗粒超声分散得到分散液然后再将聚氨酯泡沫浸渍在分散液中得到超疏水聚氨酯泡沫()原始泡沫的孔隙率为.的孔隙率保持为.水接触角达到(.)对不同类型油脂的吸附能力达到 /分离效率大于.可重复使用 次以上 等首先将德固赛 二氧化 钛()粉末超声分散在 水溶液中然后将获得的悬浮液转移到高压釜中反应 洗涤、过滤、干燥制备出锐钛矿型 纳米颗粒 接着用 缓冲盐将多巴胺的 调至.再将聚氨酯泡沫浸入多巴胺溶液中制备出聚多巴胺改性聚氨酯泡沫()最后将合成的 纳米颗粒超声分散在水中形成分散液再将合成的 浸入其中浸泡 干燥后用 十八烷硫醇()再次浸渍 制得 泡沫 泡沫具有超疏水/超亲油性能水接触角为()具有自洁和防污能力 通过重力驱动和真空辅助的连续分离可以得到.以上的油纯度具有 次以上循环使用性能 等以六水合氯化铁、尿素、十二烷基磺酸钠为原料通过超声分散配成分散液再利用浸渍法将已预处理的密度 /的聚氨酯泡沫()浸渍其中制备得到/的引入显著提高了泡沫的疏水性和亲油性制备的/的水接触角达到.对油品和有机溶剂的最大吸附量可达其自身重量的 倍 等先将氧化锌粉末浸入甲醇中并在 内逐滴滴加一定量的氢氧化钠引发羟基形成制备出氢氧化锌分散液经静置老化后形成 纳米颗粒()溶液 再将聚氨酯泡沫与 溶液反应制得含 纳米颗粒的聚氨酯泡沫()最后在、搅拌下将获得的 与苹果酸()粉末和四乙二醇()在不含水分的酸性条件下反应并干燥得到 纳米复合材料 该材料的水下油接触角为 在不混溶的油水混合物和复杂的油水乳液中的分离效率高达.石墨烯改性聚氨酯泡沫石墨烯是碳原子以 杂化轨道组成的六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜碳原子密集地堆积在蜂窝状晶格中因其具有优异的电、光学和机械特性而受到了广泛的研究 在聚氨酯泡沫上引入石墨烯可增强聚氨酯泡沫的粗糙度和疏水性从而增强材料的吸附性能 等首先制备了 的水/乙醇混合分散液用氨水调节混合液 至 加入一定量的水合肼()将其浸渍聚氨酯泡沫制得还原氧化石墨烯 聚氨酯()泡沫 泡沫水接触角为 可吸收自身重量 倍的油类物质在 次吸油脱油循环后 泡沫的吸油能力仍可稳定在 /等将氧化石墨烯超声分散在乙醇溶液中形成浸渍液用浸渍液浸泡聚氨酯泡沫制备了石墨烯/聚氨酯吸油材料 该材料孔隙率.处理污水后水体内悬浮物浓度小于 /含油浓度小于 /处理效率高于 硅烷/硅氧烷改性聚氨酯泡沫硅烷/硅氧烷类化合物由于其分子自身优异的的疏水性能常常被用于材料的疏水改性 通过物理浸渍或化学接枝方法将硅烷/硅氧烷引入聚氨酯泡沫骨架中能够有效提升其疏水性能从而增强其对含油污水中油类物质的选择性吸附能力 等采用乙烯基三乙氧基硅烷()和 氯丙基三乙氧基硅烷()对天然海泡石()进行改性制备超疏水海泡石()将 粉末经反复浸渍干燥引入到三维聚氨酯()泡沫(孔隙率密度约 /)上得到 的水接触角为 对各种油和有机溶剂的吸附能力可达到自身重量的 倍 经过 次挤压吸附循环后 对正己烷、米油、柴油和氯仿的吸附量略有下降 此外在柴油与水的混合物中连续分离 次后 仍表现出疏水性经过 次压缩循环的重复使用后仍可保持其力学性能 等在超声振荡下将干燥的 粉末分散在正己烷中然后将 全氟癸基三氯硅烷()加入到上述分散液中获得超疏水氟化()纳米颗粒 再在六亚甲基二异氰酸酯()和聚乙二醇()的聚氨酯预聚反应中加入粉碎的木质素和 制备出了含聚氨酯工业 第 卷的木质素基聚氨酯泡沫 含 质量分数.的木质素基聚氨酯泡沫的孔隙率由.变为.仅下降.水接触角为.油水分离效率达到 可承受 次压缩和切割磨损 其他改性聚氨酯泡沫 等通过一步超声浸渍工艺将改性超疏水海泡石加载到多孔聚氨酯泡沫骨架上制备的复合材料可以吸附自身重量 倍以上的油和有机溶剂分离效率在.以上 范雷倚等以聚醚二醇/聚四氢呋喃二醇()和甲苯二异氰酸酯()为原料通过原位发泡制备了聚合氯化铝()改性的聚氨酯泡沫()水接触角为()对泵油的吸收能力可达自生重量的.倍在经过 次循环使用后吸收容量不变对层状油水混合物的静态分离通量和动态分离通量分别为.和./()对水包油(/)乳液的分离效率高达.分离通量达到了/()总之通过适当的方法对聚氨酯泡沫进行改性可以增强聚氨酯泡沫的疏水性提高聚氨酯泡沫在含油污水处理中的油水分离效果 应用展望聚氨酯泡沫经过磁性、硅烷/硅氧烷、石墨烯及纳米材料等的改性可以赋予其超疏水/超亲油性使其对水中的油脂类成分具有高选择性更好地吸附水中的油类物质达到净化含油污水的目的目前虽然在改性聚氨酯泡沫及其在含油污水处理中的应用领域进行了大量研究但多停留在实验室阶段 因此需进一步优化改性聚氨酯泡沫的制备工艺加强工业化生产和应用研究同时也需深入探究聚氨酯泡沫油水分离机理加强聚氨酯泡沫对水中离子的选择性吸附能力研究拓展其应用范围参 考 文 献 .():.:.解淼孙海涛于浩等.纳米材料改性聚氨酯泡沫的研究进展.聚氨酯工业():./.:.():.:.:.张龙孔庆刚刘桃林等.含氟聚氨酯/微纳米二氧化硅超疏涂层研究.聚氨酯工业():.贾小盼栗莎马瑞彦等.纳米 改性聚氨酯注浆材料的制备及性能研究.功能材料():.王煦漫李白雪张彩宁等.超疏水/超亲油聚氨酯海绵的制备及其油水分离性能.纺织高校基础科学学报():.():.:.():.:.():.:.第 期 张涛等改性聚氨酯泡沫在含油污水处理中的应用研究进展 /.:.:./.:.陈玉华姚宏颖崔海波.新型清洁能源技术.北京:知识产权出版社:.:.():.:.():.:.:.():.范雷倚王锐何睿杰等.聚合氯化铝原位改性聚氨酯泡沫用于油水分离.材料导报():.收稿日期 修回日期 (.)(.):/.:作者简介 张涛 男 年出生硕士研究生从事高性能聚氨酯材料的合成研究消息动态万华化学荣获 年度聚氨酯创新奖 近日第 届聚氨酯技术大会在美国德克萨斯州圣安东尼奥举行来自全球聚氨酯行业的技术专家齐聚会议共同分享了行业最新技术研发成果会议期间万华化学以 荣获聚氨酯工业中心()颁发的 年聚氨酯创新奖 该奖项以其严格的评估标准和对行业的杰出贡献而著称旨在表彰聚氨酯行业内具有创造性的最新商业技术 作为本年度唯一的获奖者该创新奖项的颁发标志着万华化学在全球聚氨酯领域的卓越地位 是一种创新设计的粘合剂可使用木材加工剩余物、木质纤维材料及农作物秸秆等废弃物作为原材料用于制造低碳 模压托盘 同时其力学性能、防水性能、耐候性能等也得到极大提升为现代物流包装行业提供更加高性能、高效率和低碳排的解决方案聚氨酯工业 第 卷