一种用于分层油水、乳液高效分离吸附的纳米材料改性吸附剂及其制备方法与应用

本发明涉及高分子材料，具体涉及一种用于分层油水、乳液高效分离吸附的纳米材料改性复合吸附剂及其应用。

背景技术：

1、分层油水和乳化油是工业过程和生产活动中产生的常见废水类型。这些废水含有油类物质，对环境和水资源造成污染。

2、由于分层油水和乳化油的存在会导致水体污染，对水生态系统产生不良影响。油污染会破坏水中微生物的生态平衡，威胁水生生物的生存。可以通过使用树脂去除这些油负载物，可以有效减少水体污染，保护水域生态环境。同时分层油水和乳化油中的油分含有可回收价值。通过使用树脂去除油负载物，可以实现对废水中有用成分的回收，进而降低对原油等资源的依赖。这符合可持续发展的理念，促进资源的有效利用。通过去除油分，树脂技术也有助于提高水体的整体水质。清澈的水体不仅对生态系统有益，也提高了水资源的可持续利用性，符合饮用水和农业用水的质量标准。

3、因此，提供一种用于分层油水、乳液高效分离吸附的复合吸附剂及其制备方法是本领域技术人员需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明目的在于提出一种用于分层油水、乳液高效分离吸附的纳米材料改性复合吸附剂及其制备方法与应用。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种用于分层油水、乳液高效分离吸附的纳米材料改性复合吸附剂，原材料包括油相和水相；

4、其中，所述油相包括：按重量份计，丙烯酸甲酯6-8份，甲基丙烯酸丁酯6-8份，甲基丙烯酸十六烷基酯4-6份，改性纳米二氧化钛0.5-1.5份、改性纳米二氧化硅0.5-1.5份和引发剂0.5-1.0份，交联剂0.5-1份；

5、所述水相包括：按重量份计，分散剂0.1-0.5份，水15-30份。

6、本发明制备的分层油水、乳液高效分离吸附的纳米材料改性复合吸附剂，吸油速率快、油水分离效率高。

7、在室温条件下进行该复合吸附剂的饱和吸附实验，对苯、苯乙烯、甲苯、四氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷进行测试。实验结果表明，树脂对四氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷的吸附时间为5h，饱和吸油倍率为41.72、44.36、54.7g/g，而对苯、苯乙烯、甲苯的饱和吸附时间为6h，饱和吸油倍率为32.13、30.17、34.25g/g。

8、在室温条件下表面活性剂含量为4000mg/l、油含量为3wt％，分离时间为6h，树脂用量4g/l的条件下，该固体吸附剂对ctab稳定的水包甲苯乳化油的分离效率为97.78％；对该固体吸附剂进行4次循环后后，分离效率仍有90.2％，分离效率仅下降7.58％。

9、优选的，所述改性纳米二氧化钛与改性纳米二氧化硅为通过硅烷偶联剂对亲水型二氧化钛与亲水型二氧化硅纳米颗粒进行疏水改性后的产物。

10、优选的，所述改性纳米二氧化钛的具体制备步骤如下：将硅烷偶联剂加入亲水型二氧化钛悬浮液中，搅拌反应1-2h后，洗涤干燥即制得改性纳米二氧化钛。所述改性纳米二氧化硅的具体制备步骤如下：将硅烷偶联剂加入亲水型二氧化硅悬浮液中，搅拌反应4-6h后，洗涤干燥即制得改性纳米二氧化硅。

11、优选的，所述亲水型二氧化钛悬浮液的浓度为200g/l，亲水型二氧化硅悬浮液的浓度为10g/l；

12、所述硅烷偶联剂的加入量为所述亲水型二氧化钛悬浮液体积的0.8％，硅烷偶联剂的加入量为所述亲水型二氧化硅悬浮液体积的2％；

13、所述改性纳米二氧化钛使用的硅烷偶联剂为kh-570，改性纳米二氧化硅使用的硅烷偶联剂为kh-171；kh-570与kh-171具有双键结构，可使此硅烷偶联剂改性后的无机纳米颗粒参与丙烯酸酯聚合反应；

14、所述搅拌的转速为500r/min，该转速保证亲水型二氧化钛与亲水型二氧化硅能以分散不聚集的形式与硅烷偶联剂进行化学键合；

15、所述反应的温度为40-50℃；亲水型二氧化钛与亲水型二氧化硅疏水改性的温度不宜过高，过高的温度会导致纳米颗粒之间的相互作用加强，导致颗粒团聚。影响改性剂的均匀分散，降低改性效果。用于表面疏水改性的化学物质对高温敏感，其在高温下的稳定性可能不好。导致改性效果的减弱或失效。

16、优选的，所述亲水型二氧化钛悬浮液的制备方法为：将亲水型二氧化钛加入分散介质中，超声处理后去除上清液，继续加入分散介质至所述悬浮液浓度为200g/l即可。所述亲水型二氧化硅悬浮液的制备方法为：将亲水型二氧化硅加入分散介质中，超声处理后去除上清液，继续加入分散介质至所述悬浮液浓度为10g/l即可

17、优选的，所述亲水型二氧化钛分散介质为体积比为1:1的无水乙醇和去离子水的混合液，所述亲水型二氧化硅分散介质为无水乙醇；

18、所述超声处理温度均为室温，频率为35khz，时间为1-2h；

19、所述亲水型二氧化钛与亲水型二氧化硅的粒径为40-50nm。

20、选择亲水型二氧化钛与亲水型二氧化硅进行改性是由于其具有特殊的性质和优势，适用于多种场景。它们都具有高比表面积，这可以增加与目标吸附物的接触面积同时可以提高吸附的反应性。这两种纳米材料都具有良好的化学和热稳定性，能够在不同环境条件下保持其性质。这是在各种应用中确保材料长期稳定性的关键。同时，二氧化钛和二氧化硅通常具有较高的机械强度，这有助于增强基底材料的力学性能。二氧化钛对紫外光的吸收性能优越，二氧化钛的光催化能力使得材料对油水界面的破坏性能得到进一步增强。

21、优选的，所述引发剂为过氧化苯甲酰；

22、所述交联剂为n,n-二甲基双丙烯酰胺；

23、所述使用的分散剂为聚乙烯醇，这是一种表面活性剂，具有双亲性。在机械搅拌作用下，聚乙烯醇使油相以球形液滴形式稳定悬浮于分散相水中，实现了液滴为单位的聚合。此外，可考虑使用具有双亲性质、不参与丙烯酸酯系聚合体系，且在聚合后能够通过简易的物理法或化学法去除的有机物，如十六烷基三甲基溴化铵等来替代。

24、根据上述所述一种用于分层油水、乳液高效分离吸附的纳米材料改性复合吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下具体步骤：

25、(1)按重量份称取原材料：丙烯酸甲酯6-8份，甲基丙烯酸丁酯6-8份，甲基丙烯酸十六烷基酯4-6份，改性纳米二氧化钛0.5-1.5份、改性纳米二氧化硅0.5-1.5份和引发剂0.5-1.0份，交联剂0.5-1份，分散剂0.1-0.5份，水15-30份；

26、(2)将所述丙烯酸甲酯、所述甲基丙烯酸丁酯、所述甲基丙烯酸十六烷基酯、所述改性纳米二氧化钛、所述改性纳米二氧化硅、所述引发剂、所述交联剂混合均匀，得到油相；

27、(3)将所述分散剂溶于所述水中，搅拌溶解得到水相；

28、(4)将所述油相滴加至所述水相中，搅拌使所述油相在所述水相中形成均匀的液滴，反应4-5h后，依次进行冷却、洗涤干燥即得固体吸附剂。

29、优选的，步骤(3)中所述溶解温度为40℃；

30、步骤(4)中所述反应温度为75-80℃，在氮气环境下；

31、步骤(4)所述干燥为在40-50℃条件下烘干直至产物质量达到恒重即可。

32、优选的，所述的使用方法为：将复合吸附剂浸没于有机物液体，然后放放置一定时间，分离完成后取出所述复合吸附剂即可。将复合吸附剂浸没于乳化油，放置于空气摇床中震荡分离一定时间，分离完成后取出所述复合吸附剂即可。

33、优选的，所述有机物液体为甲苯，所述乳化油为o/w型乳化甲苯/水混合物。

34、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

35、本发明公开提供了一种具有分层油水、乳液高效分离吸附作用的复合吸附剂及其制备方法，本发明在丙烯酸酯系聚合体系中引入无机材料改性纳米二氧化钛和改性纳米二氧化硅，使该复合吸附剂多孔结构更加丰富，从而增强树脂吸油倍率和吸油速率；此外，纳米材料的添加形成了部分硅基三元嵌段结构提升此吸油树脂乳液分离的能力，同时，二氧化钛的光催化能力使得材料的破乳性能得到进一步增强。