超亲水⁃水下超疏油聚氨酯海绵的制备及其油水分离性能研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2023.08.005

中国塑料 ›› 2023, Vol. 37 ›› Issue (8): 28-37.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2023.08.005

超亲水⁃水下超疏油聚氨酯海绵的制备及其油水分离性能研究

周龙(), 杜国勇(), 邓春萍

西南石油大学化学化工学院，成都 610500

收稿日期:2023-03-28 出版日期:2023-08-26 发布日期:2023-08-21
通讯作者: 杜国勇（1963—），男，教授，从事油气田环境保护综合研究，guoyongdu@126.com
E-mail:1390928529@qq.com;guoyongdu@126.com
作者简介:周龙(1994—)，男，硕士研究生，从事油水分离研究，1390928529@qq.com
基金资助:
四川省自然科学基金(2022NSFSC1002);油气田应用化学四川省重点实验室开放基金项目(YQKF202122)

Preparation and oil⁃water separation performance of superhydrophilic⁃underwater superoleophobic polyurethane sponge

ZHOU Long(), DU Guoyong(), DENG Chunping

College of Chemistry and Chemical Enginneering，Southwest Petroleum University，Chengdu 610500，China

Received:2023-03-28 Online:2023-08-26 Published:2023-08-21
Contact: DU Guoyong E-mail:1390928529@qq.com;guoyongdu@126.com

摘要/Abstract

摘要：

采用了一种简单、高效和环保的方法用于油水分离，即通过改进的Hummers法制备了氧化石墨烯（GO），以GO和壳聚糖（CS）为改性原料，以聚氨酯海绵（PU）为基体，通过两步浸渍法制备了超亲水⁃水下超疏油海绵（PU⁃GO@CS）。GO的加入能够增加海绵表面的粗糙度和亲水性，CS的加入能增加海绵的亲水性和GO涂层的稳定性。改性PU具有良好的弹性性能、较好的热稳定性和吸水能力。油水分离性能测试表明，仅在依靠重力的作用下即可分离多种油水混合物，对各种油水混合物的分离效率可达95 %以上；改性PU良好的可重复使用性使其在10次使用后的分离效率并未明显降低；在泵提供动外力时可实现无搅拌状态下的静态连续油水分离和搅拌状态下的动态连续油水分离；在磨损循环10次以后，改性PU仍能保持较高的油水分离性能。

关键词: 氧化石墨烯, 壳聚糖, 聚氨酯海绵, 超亲水?水下超疏油, 油水分离

Abstract:

A simple， efficient， and environmentally friendly method was adopted for oil⁃water separation. In this method， graphene oxide （GO） was first prepared by means of a modified Hummers method， and then a superhydrophilic⁃underwater superoleophobic sponge was prepared through two⁃step impregnation using polyurethane sponge （PU） as a matrix and GO and chitosan （CS） as modifiers. The addition of GO increased the roughness and hydrophilicity of the sponge surface， while the incorporation of CS enhanced the hydrophilicity of the sponge and the stability of the GO coating. The modified PU sponge exhibited good elasticity， thermal stability and water absorption. The oil⁃water separation experimental results indicated that a variety of oil⁃water mixtures could be separated only under the action of gravity， and their separation efficiency could reach more than 95 %. The modified PU sponge presented good reusability without a significantly reduction in the separation efficiency after reusing for 10 times. When the pump provided a dynamic external force， the static and dynamic continuous oil⁃water separation could be realized without stirring and with stirring， respectively. The high oil⁃water separation performance could be maintained for the modified PU sponge after wearing for 10 cycles.

Key words: graphene oxide, chitosan, polyurethane sponge, superhydrophilic?underwater superoleophobic, oil?water separation

中图分类号:

TQ323.8

周龙, 杜国勇, 邓春萍. 超亲水⁃水下超疏油聚氨酯海绵的制备及其油水分离性能研究[J]. 中国塑料, 2023, 37(8): 28-37.

ZHOU Long, DU Guoyong, DENG Chunping. Preparation and oil⁃water separation performance of superhydrophilic⁃underwater superoleophobic polyurethane sponge[J]. China Plastics, 2023, 37(8): 28-37.

图/表 13

图1 连续油水分离模拟装置示意图

Fig.1 Schematic diagram of continuous oil⁃water separation simulator

图2 样品的水接触角和水下油接触角

Fig.2 Water contact angle and underwater oil contact angle of the samples

图3 样品的SEM中照片

Fig.3 SEM images of the samples

图4 样品的FTIR谱图

Fig.4 FTIR spectra of the samples

图5 样品的TG曲线

Fig.5 TG curves of the samples

样品	T_{5 %}/℃	T_max/℃	质量保留率/%
PU	257	376	62.2 %（320 ℃）、13.7%（600 ℃）
PU⁃GO	209	375	92.9 %（230 ℃）、68.4 %（320 ℃）、18.8 %（600 ℃）
PU⁃GO@CS	105	368	93.9 %（140 ℃）、87.0 %（220 ℃）、66.8 %（310 ℃）、26.7 %（600 ℃）

表1 样品热稳定性

Tab.1 Thermal stability of the samples

图6 样品的压缩应力⁃应变曲线

Fig.6 Compressive stress⁃strain curves of the samples

图7 改性PU的饱和质量吸水能力⁃循环吸水次数曲线

Fig.7 Saturated mass water absorption capacity of modified PU against cyclic water absorption times

图8 柴油/水混合物分离前后对比

Fig.8 Comparison of diesel/water mixture before and after separation

图9 样品的油水分离效率

Fig.9 Oil water separation efficiency of the samples

图10 连续油水分离前后对比

Fig.10 Result comparison before and after continuous oil⁃water separation

图11 柴油/水混合物搅拌状态下的连续油水分离前后对比

Fig.11 Result comparison before and after continuous oil⁃water separation of diesel/water mixture under stirring state

图12 磨损循环次数对改性PU油水分离性能的影响

Fig.12 Effect of wear cycle times on oil⁃water separation performance of the modified PU

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