三聚氰胺海绵疏水改性及在油水分离领域的研究进展

海上溢油和工业油污泄漏频发,导致水体受到严重的污染破坏。随着生态文明建设的不断推进,为使受油污染的水体得到高效的清洁保护,各种油水分离材料和方法应运而生。其中,三聚氰胺海绵具有独特的三维柔性结构以及其他优异的特性,使用不同的方法对其进行疏水改性后被广泛应用于油水分离领域。本文概述了超润湿性表面油水分离的机理,讨论了三聚氰胺海绵在油水分离领域的研究进展,总结了近几年三聚氰胺海绵疏水改性的材料与方法以及改性后的一些特殊性质,如磁性、耐腐蚀性等。同时对各种材料与方法进行了分析评价,并对疏水改性三聚氰胺海绵在油水分离领域的发展方向进行了展望,为推动低成本、高性能三聚氰胺海绵疏水改性技术在含油废水处理中的应用提供了参考。

基于硅烷化三聚氰胺海绵的改良QuEChERS结合UPLC-MS/MS快速测定猪肉中49种抗生素多残留

采用十八烷基三氯硅烷(octadecyltrichlorosilane,OTS)与N-[3-(三甲氧基硅基)丙基]乙二胺(N-[3-(trimethoxysilyl)propyl]ethylenediamine,ATS)改性三聚氰胺海绵(melamine sponge,MeS)制备得到2种新型弹性多孔硅烷化MeS(OTS@MeS和ATS@MeS)净化材料,将其用于改良QuEChERS(quick,easy,cheap,effective,rugged and safe)基质净化过程,通过溶液自发浸润和物理挤压过程即可快速、高效分离干扰基质,结合超高效液相色谱-串联质谱技术建立了同时测定猪肉中49种抗生素多残留的分析方法。样品用1.0%乙酸-乙腈溶液提取并用2.0 g Na_(2)SO_(4)和0.5 g NaCl盐析,离心后取1 mL上清液复配使用OTS@MeS与ATS@MeS净化,随后使用Agilent ZORBAX Eclipse Plus C_(18)色谱柱,以甲醇溶液和含有0.1%甲酸、5 mmol/L乙酸铵的甲醇-水溶液(5∶95,V/V)为流动相进行梯度洗脱,采用电喷雾电离源、正离子多反应监测模式进行定性定量分析。结果表明:49种抗生素的相关系数均大于0.999,基质效应为-13.5%~10.9%,检出限在0.1~10μg/kg之间,定量限在0.3~30.3μg/kg之间;利用该方法在低、中、高3个加标水平下进行回收率实验,回收率范围为65.0%~112.7%,日内和日间相对标准偏差分别为0.3%~11.8%和2.4%~18.4%。该方法样品前处理过程简单、快捷、灵敏度高、准确性好,可用于猪肉中49种抗生素多残留的高效快速检测。

超疏水-超亲油三聚氰胺海绵的制备及其油水分离性能研究

采用了一种简单、高效和环保的方法用于油水分离,即采用改进的Hummers法制备了氧化石墨烯(GO),通过简单的浸渍法和高温还原法将还原氧化石墨烯(rGO)先负载在三聚氰胺海绵(MS)上,再通过柴油加热MS,将长链烷烃负载在MS上,成功制备了超疏水-超亲油三聚氰胺海绵。rGO的加入能够增加海绵表面的粗糙度,长链烷烃的加入能降低海绵表面的表面能。改性MS具有良好的弹性性能、较好的热稳定性和吸油能力。油水分离性能测试表明,对各种油水混合物的分离效率可达97%以上。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。改性MS具有良好的可重复使用性和化学稳定性,在20次使用后对各种油水混合物的分离效率可达70%以上,即使在不同pH值的水中,也可以实现油水分离,对水包正己烷乳液也能有效地分离。

三聚氰胺海绵基太阳能蒸发器的研究进展

太阳能蒸发器利用太阳光从海水和废水中生产清洁水,被认为是缓解水资源紧缺的有效手段。光热材料是决定太阳能蒸发器蒸发效率的关键因素之一。设计新颖复合结构的光热材料成为研究热点。三聚氰胺海绵具有来源广泛、价格便宜且可造性强等特点,本文重点介绍了三聚氰胺海绵与碳材料、导电聚合物、金属纳米材料等复合用于构造太阳能蒸发器,总结了这些太阳能蒸发器的各自特点与蒸发原理,对基于三聚氰胺海绵的太阳能蒸发器的发展提出建议,指出实现吸光材料有效均匀分散在三聚氰胺海绵中,改善三聚氰胺海绵的抗污性能与脱盐性能,是拓展基于三聚氰胺海绵的太阳能蒸发器应用的重要方向。

漆酚与Fe_(3)O_(4)协同超疏水改性三聚氰胺海绵用于高效油水分离

含油污水对生态环境造成了极大破坏,油水分离已成为亟待解决的环保难题。为了解决油水分离问题,通过简单浸涂法将纳米Fe_(3)O_(4)和漆酚协同修饰于两亲性三聚氰胺海绵(MS)表面,改性所得漆酚-Fe_(3)O_(4)-漆酚三聚氰胺海绵(UFeU-MS)材料实现了海绵基底从超亲水-超亲油到超疏水-超亲油的转换。由于漆酚含有邻苯二酚基团与15~17碳长烷基链,一方面使用一定浓度漆酚将Fe_(3)O_(4)与海绵进行黏附;另一方面借助长烷基链降低海绵表面能。通过对UFeU-MS进行表征分析验证,其表面水接触角高达160.9°±1.8°,满足超疏水-超亲油的要求;吸收有机溶剂和油类物质的质量大于其自身的21倍,10次吸附-解吸循环分离效率可以保持在97.77%;经不同pH溶液浸泡水接触角可以保持在147°以上,也适应于酸碱环境的油水分离。饱和吸附后的海绵既可经过简单的物理挤压回收溶剂,也可通过外加磁场远程回收。

超疏水三聚氰胺海绵粉末的制备及破乳性能

通过氯化铝溶液和甲基三氯硅烷溶液两步浸泡法制备了一种超疏水三聚氰胺海绵粉末,并对改性样品进行了扫描电镜、红外光谱和X射线光电子能谱分析。从微观结构和化学组成两方面共同揭示了粗糙度增加、硅烷化以及金属离子配位三者协同作用的超疏水转变机理。验证了压实的改性三聚氰胺粉末作为过滤材料用于“油包水”乳液高效分离的性能,讨论了润湿性、压实程度、初始含水率及粒径大小对于海绵粉末破乳性能的影响,发现适当提高材料疏水性、粉末压实程度,降低乳液初始含水率、减小粉末粒径可以有效改善其破乳效率。

硅烷改性三聚氰胺海绵的制备及其油水分离性能研究

利用甲基三甲氧基硅烷和二甲基二甲氧基硅烷水解后形成的水解液涂覆于三聚氰胺海绵上,成功制备了疏水亲油海绵。通过扫描电镜、X射线光电子能谱、傅里叶红外光谱、接触角和吸油能力测试等方法,对硅烷改性三聚氰胺海绵进行了表征。结果表明:硅烷改性使得本身亲水的三聚氰胺海绵表面转变为疏水状态,水的接触角可达149°±0.5°,对8种油品或有机试剂的吸油能力可达到自重的47~60倍,使用达200次后吸附容量仅降低了17.7%,分离效率在96%以上。此外,改性的海绵还具有较好的耐酸碱、耐海水和耐丙酮的特性,在溢油回收方面展现了良好的应用前景。

还原氧化石墨烯基三聚氰胺海绵的制备与吸附性能

以天然石墨为原料，用Hummers法和超声剥离法制备了氧化石墨烯（GO）．将氧化石墨烯浸渍，涂覆于三聚氰胺海绵表面，在线还原制得还原氧化石墨烯基三聚氰胺海绵（RGOME）．通过扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）仪及光学接触角测定仪等分析了RGOME的结构，考察了RGOME对多种油品的吸附性能，并对其油水选择吸附性能和循环使用性能进行了研究．结果表明，RGOME具有疏水超亲油性，对油品的吸附量达到56—127g/g，可用Bangham方程描述RGOME对甲苯和煤油的吸附动力学过程；在选择吸附过程中，油品浓度急剧降低，吸附量不断升高，分离效率达到74．49％，可较好地实现油水分离；吸附油品的RGOME经脱附可多次循环使用．

改性三聚氰胺海绵的制备及吸油性能研究

利用正辛基三氯硅烷对三聚氰胺海绵疏水改性得到吸油材料。考察不同溶剂、硅烷溶液浓度和浸渍时间对于样品性能的影响。采用傅里叶变换红外光谱、扫描电子显微镜和接触角测试对改性前后样品微观形态、结构组成及水湿润性进行表征。重点研究材料的吸油性能,结果表明,对原油、润滑油、大豆油和柴油的吸附倍率可达74~95 g/g,可用准一级吸附模型描述材料对于4种油品的吸附动力学过程;样品在重复使用、油水分离和动态吸油测试中表现优异。改性三聚氰胺海绵制备简单、操作方便,是一种有潜力的吸油材料。

三聚氰胺海绵的一步式协同超疏水改性及在油水分离中的应用

通过硝酸(HNO 3)实现两亲性三聚氰胺海绵(MS)的一步式协同超疏水改性,从而得到了一种具有优异性能的油水分离材料——硝酸改性三聚氰胺海绵(HMMS).采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、热重(TG)和扫描电子显微镜(SEM)对HMMS的结构、形貌和组分进行了表征,并对其表面润湿性、机械性能、吸附性能和油水分离性能等进行了研究.结果表明,HMMS具有超疏水性,以及优异的机械性能、循环使用能力、选择性吸附能力,对油水混合物的连续分离效率可达6×10^6 L·m^-3·h^-1,并且可在苛刻的使用环境中保持稳定的物理化学性质.

活性炭/聚四氟乙烯改性三聚氰胺海绵及其在油水分离中的应用

如何治理含油废水带来的污染已成为目前困扰全球的严峻问题。传统油水分离材料在性能、成本、制备等方面的缺陷制约了其实际应用。因此,性能优异、成本低廉、制备简便的新型油水分离材料的研究引起了广泛关注。本研究首先将粉末活性炭(AC)与具有低表面能的聚四氟乙烯浓缩分散液(PTFE)混合,制备出新型涂料(AC/PTFE);然后将它浸涂包裹在三聚氰胺海绵(MS)的骨架上,再通过简单的热处理,即可制备出新型三维油水分离材料(AC/PTFE-MS)。性能测试结果表明,所制备的AC/PTFE-MS具有超疏水性(疏水角可达165°),在300次挤压后依然保持这种性能。同时,AC/PTFE-MS具有高的吸附倍率,能够选择性吸附水上浮油与水下重油,还可实现对油水混合乳液的高效分离,是一种具有较高实际应用价值的含油废水治理材料。

TiO_(2)/三聚氰胺海绵的制备与光催化性能

针对纳米光催化材料在使用中难以回收的问题,以三聚氰胺海绵(MS)为载体和骨架,采用水热法制备了TiO_(2)/MS(TM)整体型光催化复合材料。通过XRD、FT-IR、SEM、UV-Vis DRS等分析手段对材料进行表征,研究水热时间对TM光催化性能的影响。结果表明:水热时间为16 h,TM的结构完整,TiO_(2)负载牢固;对亚甲基蓝(MB)在120 min光照后的降解率达99.3%,重复使用具有较高的稳定性。TiO_(2)与MS的有效结合,增强了TiO_(2)的分散程度和光照利用率,提高了TM的光催化性能,有利于回收光催化材料。

以三聚氰胺海绵体制备可用于高性能超级电容器电极的碳材料研究进展

超级电容器具有比容量大、充放电速度快、循环寿命长等优点,其中最常用的碳基电极材料决定着电容器的主要性能,是改进和优化超级电容器性能的重要切入点.近年来,密度低、含氮量和孔隙率高的三聚氰胺海绵(MS)被用来设计和获得三维多孔碳电极材料.目前已有许多关于碳化MS和基于MS的复合材料的改性研究报道.本文对近年以MS为原料制作超级电容器电极材料的研究进行了综述,包括对MS的碳化、掺杂活化以及复合改性等方面,对多孔碳材料用于超级电容器电极的发展进行了展望.

碳化三聚氰胺海绵制备及其光热重油吸附研究

在氩气气氛下,经高温煅烧三聚氰胺海绵(MS),制备了碳化三聚氰胺海绵(HMS),利用SEM、XPS、FI-IR对HMS的碳化情况进行分析,测定了海绵碳化前后的密度、亲水性、孔隙率、吸收光谱及压缩回弹性能.结果表明,MS部分碳化形成HMS,疏水性增强且亲油性不变,孔隙率略有降低,具有优异的吸光性能及机械性能.HMS海绵对轻质油品和重油吸附实验的结果显示:HMS海绵对轻质油品饱和吸附体积为92.20cm^(3)/g;在一个太阳光(1kW/m^(2))照射下,HMS海绵温度快速升高,有效降低底面接触的重油粘度并加快吸附重油速度,吸附量高达99.1g/g左右;利用HMS海绵重复对重油进行10次吸附-挤压脱附,发现其对重油的饱和吸附量可保持在81.00 g/g以上.这些特性使得HMS海绵成为一种有前景的高效节能、可重复利用的石油泄漏吸附剂.

超疏水超亲油三聚氰胺海绵的制备及其油水分离性能

利用正十二硫醇和氯化铜反应制备十二烷基硫铜,然后将其配制成乙醇悬浮液;将表面涂覆有聚多巴胺的三聚氰胺海绵浸入上述悬浮液中成功制备出超疏水三聚氰胺海绵,并用它来分离油水混合物。采用扫描电镜观察海绵表面形貌,利用接触角测量仪表征其润湿性能,借助红外分光测油仪测定水中含油量。研究结果表明,三聚氰胺海绵表面形成了凹凸不平的微纳米结构,呈超疏水超亲油状态;测得它对水的静态接触角为152°,而油滴能在1 s内被完全吸收。该样品对油水混合物具有良好的分离能力,分离后水中菜籽油含量从约25 g/L降到15.20 mg/L;对同一大豆油水混合物连续分离五次后其含油量可从36.45 mg/L降低至5.12 mg/L。该超疏水海绵具有良好的吸附油的能力,可吸收约自身质量54~77倍的有机溶剂或油品;在重复使用100次后仍能保持145°的接触角和达自身质量68.6倍的吸油能力;在海水中浸泡36 h后仍保持约147°的接触角和73.4倍的吸油能力。

磁性三聚氰胺海绵的制备及其吸油性能研究

研究采用简单的两步法制备了具有磁性和高疏水性的三聚氰胺海绵,首先利用盐酸多巴胺将Fe3O4磁性颗粒固定于三聚氰胺海绵骨架表面,再利用十八烷基三氯硅烷对其疏水改性。利用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)、X射线衍射仪(XRD)及光学接触角测量仪对改性前后样品的微观形貌、化学组成及水湿润性进行表征,重点研究改性海绵的吸油性能。实验表明改性材料对原油、柴油、润滑油、大豆油和花生油的吸油倍率分别达65.63、51.94、62.76、54.35和57.43g/g,在油水分离过程中表现优异且循环使用性能良好,是一种有潜力的吸油材料。

三聚氰胺基疏水海绵的制备及其吸油性能

采用单宁酸(TA)/Fe^(3+)复合物(TA/Fe^(3+))对三聚氰胺海绵(MS)进行预处理,然后通过生物蜡乳液浸渍法对三聚氰胺海绵进行疏水改性,制备了高吸油倍率的疏水三聚氰胺海绵(MS-TA/Fe^(3+)-Wax)。采用扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱和接触角测试等手段对三聚氰胺海绵改性前后样品进行微观形貌、结构组成和表面润湿性表征,并考察其对不同油品的吸油性能。结果表明:MS-TA/Fe^(3+)-Wax具有高度疏水性,水接触角可达141.5°;在常温常压条件下,MS-TA/Fe^(3+)-Wax对正辛烷、二氯甲烷、甲苯、柴油、泵油和菜籽油的吸油量为54.91~97.46 g/g,吸油过程符合拟二级动力学。疏水改性的三聚氰胺海绵材料通过挤压解吸附可实现循环使用,在处理油-水污染物方面具有潜在的应用前景。

微穿孔板-三聚氰胺吸音海绵-空腔复合结构声学性能优化设计

基于Johnson-Champoux-Allard(JCA)模型和微穿孔板理论,利用传递矩阵法建立了三聚氰胺吸音海绵不同填充方式形成的复合结构的吸声系数理论模型,并比较了其吸声性能:与单层微穿孔板结构a相比,微穿孔板-吸音海绵复合结构b和微穿孔板-吸音海绵-空腔复合结构c的吸声性能均有较大提升,微穿孔板-空腔-吸音海绵复合结构d的提升效果次之。分析了几何参数对复合结构b的吸声性能的影响,得出:微穿孔板的孔径越小,复合结构在中高频段的吸声效果越好;厚度越大,复合结构在高频段的吸声性能越低;穿孔率越大,复合结构在低频段的吸声性能越低;吸音海绵厚度的增加在总体上有利于提高复合结构的吸声效果。基于粒子群算法对复合结构b和c的吸声性能进行了优化,结果表明:与优化前的复合结构b相比,优化后的复合结构c的平均吸声系数从0.565 4提升至0.751 9;与优化后的复合结构b相比,其吸声性能几乎不变,但吸声材料厚度减少了30%,在保持良好吸声性能的同时实现了轻量化。

胺基改性海绵的制备及其对Cr(Ⅵ)的吸附性能研究

文章以三聚氰胺海绵作为载体,采用聚乙烯亚胺和十二胺对其胺基改性,成功制备了胺基改性海绵。胺基改性海绵对Cr(Ⅵ)的最大理论吸附量为177.38mg/g,吸附可在90min内达到平衡,其吸附等温和动力学曲线分别符合Langmuir模型和准二级动力学模型,溶液pH为4时,吸附性能最佳。胺基改性海绵具有优异的再生性能和脱附效率,在多次重复使用后,吸附效果没有明显变化。因此,该材料在重金属处理领域具有极大的应用前景。

海绵表面原位点击分散聚合改性及其分离油水混合物/乳液研究

通过在三聚氰胺海绵(MS)表面进行室温巯基-异氰酸酯-长链烷基胺原位点击分散聚合,制备了超疏水吸油海绵PM-MS。利用FTIR,TG,SEM等方法对PM-MS的结构和形貌进行了表征,并考察了PM-MS的性能。实验结果表明,PM-MS骨架表面出现细密聚合物粒子,粗糙度显著提高。随聚合单体十八胺用量的增加,PM-MS表面疏水性提高,接触角显著增大,最高达151.0°。PM-MS对6种油品的吸油量达自身重量的50~120倍,重复吸油性能较好。PM-MS具有较好的油水混合物及油水乳液分离能力,而且随表面疏水性提高,即使对油含量较低的油水乳液也具有较高的分离效率,最高可达90%。