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CN110423299B - 一种油水分离用聚苯乙烯/石墨烯复合多孔材料制备方法 - Google Patents

一种油水分离用聚苯乙烯/石墨烯复合多孔材料制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种油水分离用聚苯乙烯/石墨烯复合多孔材料制备方法，属于复合材料技术领域。本发明制备方法包括以下步骤：S1、将石墨烯均匀分散于苯乙烯、交联剂和乳化剂span 80的混合液中，并加热至一定温度；S2、向步骤S1的混合液中缓慢滴加入含有过硫酸盐和硫酸盐的水溶液，滴加过程保持恒定搅拌速度，得到石墨烯粒子与乳化剂span 80协同稳定的高内相乳液；S3、将步骤S2的高内相乳液反应0.5‑1小时后转移至塑料广口反应杯中继续保温反应24～48小时，至单体反应完全后干燥制得聚苯乙烯/石墨烯复合多孔材料。本发明制得的聚苯乙烯/石墨烯复合多孔材料具有很好的力学性能，孔径尺寸大小均匀，孔隙率较大，吸油率高，适于用作油水分离的吸附材料。

Description

一种油水分离用聚苯乙烯/石墨烯复合多孔材料制备方法
技术领域
本发明涉及一种复合材料技术领域，且特别涉及一种具有油水分离效果的聚苯乙烯/石墨烯复合多孔材料及其制备方法。
背景技术
聚苯乙烯类聚合物多孔材料具有密度低、比表面积大、孔隙率高等物理性能，因此这类材料在物质传输、吸附及分离、表面催化、控制释放等过程领域有着广泛的应用价值。
专利106008770B涉及一种环保型多孔聚苯乙烯材料的制备方法，该方法采用生物柴油作为致孔剂制备得到环保型多孔聚苯乙烯材料，其降解率能达到 98％以上，使用的致孔剂为绿色环保、可降解的生物柴油，其硫含量、硫化物以及二氧化硫排放低，不会造成环境污染，同时不含芳香族烷烃，废弃对环境损害很小；专利107082857B报道了一种PS-b-Tb配合物两亲性嵌段共聚物的制备方法，通过不同质量比的原料制得溶解性好、有序性好、有荧光特性、聚合物末端可进一步进行修饰等特点的两亲性嵌段共聚物蜂窝状多孔膜。
上述制得的聚苯乙烯类聚合物多孔材料，孔径尺寸不易控制，且对于材料的吸附及分离方面的应用性能关注很少。
发明内容
在此基础上，本发明采用油包水型高内相乳液模板制备出具有孔径大小可控且分布均匀的、具有较高机械强度的聚苯乙烯/石墨烯复合多孔材料，对氯仿、二氯甲烷、石油醚等油性物质具有一定吸附效果，可作为油水分离吸附材料。
在本发明中，提供了一种油水分离用聚苯乙烯/石墨烯复合多孔材料制备方法，包括以下步骤：
S1、将石墨烯均匀分散于苯乙烯、交联剂和乳化剂span 80的混合液中，并加热至一定温度；
S2、向步骤S1的混合液中缓慢滴加入含有过硫酸盐和硫酸盐的水溶液，滴加过程保持恒定搅拌速度，得到石墨烯粒子与乳化剂span 80协同稳定的高内相乳液；
S3、将步骤S2的高内相乳液反应0.5-1小时后转移至塑料广口反应杯中继续保温反应24～48小时，至单体反应完全后干燥制得聚苯乙烯/石墨烯复合多孔材料。
进一步的，在步骤S1中，所述石墨烯添加量为苯乙烯单体质量的0.1％-5％，优选添加量为苯乙烯单体质量的0.2％-1％。
进一步的，在步骤S1中，所述交联剂为多乙烯基功能单体，优选为二甲基丙烯酸乙二醇酯或二乙烯基苯。
进一步的，在步骤S1中，所述苯乙烯和交联剂的质量比为2:1-5:1。
进一步的，在步骤S2中，所述高内相乳液中内相占比为74％-90％,优选控制在80％-85％。
在本发明中，另一方面还提供了一种由上述方法制备的聚苯乙烯/石墨烯复合多孔材料，制得材料具有很好的力学性能，孔径尺寸大小均匀，孔隙率较大，吸油率高，适用于油水分离。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有的有益效果如下：本发明采用油包水型高内相乳液模板法制备出具有孔径可控且大小分布均匀、较大孔隙率的聚苯乙烯/石墨烯复合多孔材料。该制备方法以水相为分散相，去除方法简单；连续相聚合形成具有分级孔结构的多孔材料。本发明制得的多孔材料具有较好的机械性能，对氯仿、二氯甲烷、石油醚等油性物质具有一定吸附效果，可作为油水分离材料。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制。
图1a为本发明实施例1制得的聚苯乙烯/石墨烯复合多孔材料的扫描电镜图；
图1b为本发明实施例3制得的聚苯乙烯/石墨烯复合多孔材料的扫描电镜图；
图2为本发明实施例2 制得的聚苯乙烯/石墨烯复合多孔材料对各种有机物的吸附动曲线图；
图3为本发明实施例制得的聚苯乙烯/石墨烯复合多孔材料的压缩性能测试图；
图4a 、 图 4b 、 图 4c 、 图 4d 为本发明实施例制得的聚苯乙烯/石墨烯复合多孔材料的热失重曲线图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
实施例1
(1)250ml四口瓶中加入4g苯乙烯(St)、1.2g二甲基丙烯酸乙二醇酯 (EGDMA)、1g司盘80(Span80)和0.004g石墨烯，搅拌加热升温至60℃；
(2)称取0.25g过硫酸钾(KPS)、0.1g硫酸钾溶于45ml去离子水；
(3)待四口瓶内温度稳定后，将(2)中配得溶液以恒压滴液漏斗滴入四口烧瓶中，滴加时间为0.5h左右；
(4)滴加完毕继续搅拌3min，得乳白色稠状乳液，即得高内相乳液(HIPE)；
(5)将高内相乳液转移至塑料柱形管中，置于60℃烘箱反应48小时后干燥，即制得聚苯乙烯-石墨烯复合多孔材料。
实施例1制得的聚苯乙烯-石墨烯复合多孔材料的扫描电镜图如图1a所示。
实施例2
(1)250ml四口瓶中加入4g苯乙烯、1.2g EGDMA、1g Span80和0.008g石墨烯，搅拌加热升温至60℃；
(2)称取0.25g KPS、0.1g硫酸钾溶于45ml去离子水；
(3)待四口瓶内温度稳定后，将(2)中配得溶液以恒压滴液漏斗滴入四口烧瓶中，滴加时间为0.5h左右；
(4)滴加完毕继续搅拌3min，得乳白色稠状乳液，即得高内 相乳液(HIPE)；
(5)将高内相乳液转移至塑料柱形管中，置于60℃烘箱反应48小时后干燥，即制得聚苯乙烯-石墨烯复合多孔材料。
实施例2制得的聚苯乙烯-石墨烯复合多孔材料对各种有机物的吸附动曲线如图2所示。
实施例3
(1)250ml四口瓶中加入4g苯乙烯、1.2g EGDMA、1g Span80和0.012g石墨烯，搅拌加热升温至60℃；
(2)称取0.25g KPS、0.1g硫酸钾溶于45ml去离子水；
(3)待四口瓶内温度稳定后，将(2)中配得溶液以恒压滴液漏斗滴入四口烧瓶中，滴加时间为0.5h左右；
(4)滴加完毕继续搅拌3min，得乳白色稠状乳液，即得高- 内 相乳液(HIPE)；
(5)将高内相乳液转移至塑料柱形管中，置于60℃烘箱反应48小时后干燥，即制得聚苯乙烯-石墨烯复合多孔材料。
实施例3制得的聚苯乙烯-石墨烯复合多孔材料的扫描电镜图如图1b所示。
实施例4
(1)250ml四口瓶中加入4g苯乙烯、1.2g EGDMA、1g Span80和0.016g石墨烯，搅拌加热升温至60℃；
(2)称取0.25g KPS、0.1g硫酸钾溶于45ml去离子水；
(3)待四口瓶内温度稳定后，将(2)中配得溶液以恒压滴液漏斗滴入四口烧瓶中，滴加时间为0.5h左右；
(4)滴加完毕继续搅拌3min，得乳白色稠状乳液，即得高内 相乳液(HIPE)；
(5)将高内相乳液转移至塑料柱形管中，置于60℃烘箱反应48小时后干燥，即制得聚苯乙烯-石墨烯复合多孔材料。
对本发明实施例制得的聚苯乙烯-石墨烯复合多孔材料进行性质表征：
如图1a和图1b所示，对本发明实施例1和实施例3制得的多孔材料进行扫描电镜测试，从图中可以看出制得的多孔材料具有尺寸在10μm-20μm的大孔结构和1μm-5μm的贯穿孔,孔径分布较为均匀，孔隙率高。
如图2所示，对本发明实施例2制得的多孔材料做吸附性能测试，结果表明该多孔材料对氯仿、二氯甲烷、正己烷、甲苯和石油醚等有机物均具有吸附效果；该多孔材料对油性材料均有一定的吸附性，对溶度参数相近的物质吸附能力更强。
如图3所示，对本发明实施例1、实施例2、实施例3、实施例4制得的多孔材料进行压缩性能测试，结果表明适量的石墨烯加入有助于本发明的多孔材料机械性能的提高。
图4a、4b、4c和4d所示为本发明实施例1、实施例2、实施例3、实施例4 制得的多孔材料的热失重曲线图。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种油水分离用聚苯乙烯/石墨烯复合多孔材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将石墨烯均匀分散于苯乙烯、二甲基丙烯酸乙二醇酯和乳化剂span 80的混合液中，并加热至一定温度；所述石墨烯添加量为苯乙烯单体质量的0.1%-0.4%；所述苯乙烯和二甲基丙烯酸乙二醇酯的质量比为10:3；所述苯乙烯和乳化剂span 80的质量比为4:1；
S2、向步骤S1的混合液中缓慢滴加入含有过硫酸盐和硫酸盐的水溶液，滴加过程保持恒定搅拌速度，得到石墨烯粒子与乳化剂span 80协同稳定的高内相乳液；所述过硫酸盐、硫酸盐和水的质量体积比为5g:2g:900mL，所述过硫酸盐和所述苯乙烯单体的质量比为1:16；
S3、将步骤S2的高内相乳液反应0.5-1小时后转移至塑料广口反应杯中继续保温反应24~48小时，至单体反应完全后干燥制得聚苯乙烯/石墨烯复合多孔材料。
2.根据权利要求1所述的一种油水分离用聚苯乙烯/石墨烯复合多孔材料制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述高内相乳液中内相占比为74%-90%。
3.一种如权利要求1-2任一项所述方法制备的聚苯乙烯/石墨烯复合多孔材料，适于用作油水分离的吸附材料。
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