本發(fā)明屬于生物質(zhì)氣凝膠吸油材料，具體涉及一種甲基三氯硅烷改性的超彈性、疏水的明膠氣凝膠吸油材料的制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、近年來，由于石油的海洋運輸和海上開采造成海洋溢油事故頻發(fā)，不僅造成資源浪費和經(jīng)濟損失，而且嚴重威脅著海洋生態(tài)平衡和人類健康，開發(fā)一種綠色高效的溢油修復(fù)方法顯得尤為關(guān)鍵。

2、目前，用于海洋溢油修復(fù)的技術(shù)包括撇油器、原位燃燒、吸附、化學(xué)分散劑和生物修復(fù)等。然而，這些方法也有一些局限性。例如，撇油器人工成本高，受天氣條件影響大，原位燃燒會造成空氣污染，化學(xué)分散劑本身可能對海洋生物有毒，應(yīng)用受到限制，生物修復(fù)過程較慢，修復(fù)效果受環(huán)境條件制約。在這些技術(shù)中，吸附法因具有操作簡單、成本低、無二次污染等諸多優(yōu)點，近年來被認為是一種有效的溢油修復(fù)方法。不同類型的吸附劑已經(jīng)被用于溢油修復(fù)，包括粘土、活性炭、分子篩、合成聚合物等，但這些材料在吸附效率、可回收性和重復(fù)使用性方面還存在局限性，極大的阻礙了其大規(guī)模應(yīng)用。

3、氣凝膠是一種典型的三維多孔材料，因其密度低、孔隙率高、吸附量大和可回收性好而引起了人們極大的興趣，被認為是最具吸引力的吸附劑之一。近年來，已經(jīng)開發(fā)了一系列可作為吸附劑的氣凝膠，如二氧化硅氣凝膠、石墨烯氣凝膠、碳納米管氣凝膠等，但復(fù)雜的工藝、昂貴的成本和不可生物降解等缺點極大地阻礙了它們的推廣和應(yīng)用。

4、新型生物質(zhì)氣凝膠因其原料來源豐富易得、可生物降解和高環(huán)境效益而備受關(guān)注，然而，這些氣凝膠材料的制備過程往往需要使用有毒交聯(lián)劑，可能會對環(huán)境造成二次污染，且同時吸油吸水，不具備油水選擇性，難以應(yīng)對大規(guī)模的溢油事件。因此，在可持續(xù)發(fā)展的背景下，需要開發(fā)一種高效環(huán)保的溢油清除技術(shù)。

5、cn105924686a公開了一種生物基聚合物氣凝膠吸油材料，先用交聯(lián)劑對生物基聚合物進行交聯(lián)得到前驅(qū)液，然后將前驅(qū)液冷凍干燥獲得氣凝膠，最后在氣凝膠表面接枝硅烷得到疏水的生物基聚合物氣凝膠吸油材料，其密度為3.8～23.1kg/m3，水接觸角至少為117.8°，對汽油、石蠟油、氯仿和原油的吸附容量分別為30.5～109.0g/g，33.2～131.2g/g，58.2～163.0g/g，24.7～95.8g/g，且該材料經(jīng)過50次的吸附汽油擠壓循環(huán)后，其吸附容量的保持率為43～99％。

6、cn106750384a公開了一種氨基硅烷改性納米纖維素氣凝膠，其制備方法包括：1)使納米纖維素懸浮液變成半透明膠體；2)將納米纖維素膠體擠出成球形或短棒狀水凝膠；3)使成型的納米纖維素水凝膠變成醇凝膠；4)制得納米纖維素氣凝膠；5)氣態(tài)有機胺在納米纖維素氣凝膠表面進行吸附；6)真空回收剩余的有機胺催化劑；7)氣態(tài)氨基硅烷與納米纖維素氣凝膠進行化學(xué)反應(yīng)；8)真空回收未反應(yīng)的氨基硅烷；9)制得相應(yīng)的氨基硅烷化的納米纖維素氣凝膠。優(yōu)點：1)消除液相改性過程中所遇到的溶劑回收、分離過程，簡化了胺基化改性的工藝；2)保持納米纖維素氣凝膠原始微觀三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高改性接枝密度和均勻性；3)過程簡單效率高成本低。

7、cn114805910a公開了一種超疏水、隔熱的氣凝膠的制備方法。使用定向冷凍法使氣凝膠具有層狀/多孔的取向結(jié)構(gòu)，賦予了優(yōu)良的隔熱性能，通過改變殼聚糖濃度來調(diào)整結(jié)構(gòu)和性能，無需醛類交聯(lián)劑，更綠色環(huán)保，化學(xué)氣相沉積疏水改性增強材料的耐水性。該方法簡單環(huán)保，耗時短，并且得到的殼聚糖氣凝膠的熱導(dǎo)率低且具有各向異性，這種各向異性的熱導(dǎo)率使其軸向隔熱，徑向散熱，傳熱更加均勻，防止了局部加熱對氣凝膠的損壞。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有溢油修復(fù)技術(shù)的不足，提供一種不需外加交聯(lián)劑的低密度、高吸附容量、可重復(fù)使用且油水選擇性強的超疏水氣凝膠吸油材料的制備方法及采用該方法制備的氣凝膠吸油材料。

2、本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

3、一種超彈性疏水氣凝膠材料的制備方法，包括以下步驟：

4、(1)每100份水中加入2-5份明膠，加熱攪拌使之完全溶解；

5、(2)在攪拌條件下，將表面活性劑加入到步驟(1)得到的明膠水溶液中，繼續(xù)攪拌混勻；

6、(3)將步驟(2)得到的混合溶液高速攪拌，使溶液中產(chǎn)生大量微氣泡，溶液體積擴大3-9倍；

7、(4)將步驟(3)所得的前驅(qū)液倒入模具中冷凍成型，然后在冷凍干燥機中凍干即得明膠氣凝膠；

8、(5)將硅烷接枝至步驟(4)所得氣凝膠表面，即得疏水的氣凝膠吸油材料。

9、步驟(1)中所述加熱溫度是35-80℃，優(yōu)選是50-60℃；所述加熱方式為水浴加熱；加熱溶解時間為30-120分鐘，優(yōu)選為40-60分鐘。

10、步驟(2)中所述表面活性劑的加入量是0.01-1份，更優(yōu)選是0.03-0.5份，最優(yōu)選是0.07-0.28份；所述表面活性劑是有機磺酸鹽，優(yōu)選是烷基磺酸鹽，最優(yōu)選是十二烷基硫酸鈉(sds)。

11、步驟(3)中所述攪拌的速度是3000-100000轉(zhuǎn)/分鐘，更優(yōu)選是10000-50000轉(zhuǎn)/分鐘；所述微氣泡的直徑是1-1000微米，更優(yōu)選是20-300微米；攪拌時間為1-30分鐘，更優(yōu)選5-10分鐘；優(yōu)選體積擴大5-7倍。

12、步驟(4)中的冷凍溫度為-10℃到-30℃，冷凍時間為6-24h；所述凍干時間為24-48h，凍干溫度為-30℃到-50℃。

13、步驟(5)所述接枝利用化學(xué)氣相沉積法，所述硅烷是甲基三氯硅烷、三甲基氯硅烷、甲基三乙氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷中的一種或多種；所述硅烷的接枝量為0.2-2份，優(yōu)選為0.5-1份。

14、所述的化學(xué)氣相沉積法接枝硅烷的步驟如下：將裝有硅烷的容器與步驟(4)制備的氣凝膠一起置于真空干燥器中密封，并將其加熱至硅烷發(fā)生氣化的溫度后，使之與氣凝膠反應(yīng)，氣化溫度為50-65℃，反應(yīng)時間為6-24h。

15、本發(fā)明的另一個方面，公開一種采用如所述方法制備的超彈性疏水氣凝膠材料。

16、本發(fā)明的另一個方面，公開了將制備的超彈性疏水氣凝膠材料用于海洋油污吸附處理的應(yīng)用。

17、基于本領(lǐng)域的常規(guī)認知，如果沒有特別說明，本技術(shù)中所述份數(shù)都是指質(zhì)量份數(shù)。

18、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：

19、(1)本發(fā)明制備的吸油材料原料來源廣泛、廉價易得、可生物降解，不會對環(huán)境產(chǎn)生負面影響；

20、(2)本發(fā)明制備工藝簡單，無需添加交聯(lián)劑就能高效制得具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的氣凝膠，更加綠色環(huán)保；

21、(3)本發(fā)明制備的氣凝膠吸油材料密度低、孔隙率高、壓縮性能好，因此吸油容量大，且通過簡單擠壓就能實現(xiàn)循環(huán)使用，大大提高了溢油回收效率，降低了處理溢油的成本；

22、(4)本發(fā)明制備的氣凝膠通過硅烷進行了改性，具有較強的疏水性，使得材料具有優(yōu)異的油水選擇性，因而無論油品的密度是否比水小，該氣凝膠吸油材料都具備高效吸附油品的能力，材料表面的疏水層也有利于提高吸油效率，增強材料的壓縮性能。

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