Page 42 - 《精细化工》2023年第2期
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·264·                             精细化工   FINE CHEMICALS                                 第 40 卷

                 石油资源的开采与利用推动了人类文明的发展                          现生物质废弃物资源化利用、节省成本的基础上，
            进程。然而，伴随而来的石油泄漏、工业含油废水                             以期提高聚氨酯泡沫的疏水性，实现对油水混合物
            违规排放等油污染问题给人类赖以生存的生态环境                             的高效分离。
            带来了严重的危害         [1-2] 。污油难以生物降解，而且具
            有富集性，因此，解决油污染问题成为环境保护和                             1   实验部分
            社会可持续发展的一项重要任务               [3-4] 。
                                                               1.1   试剂与仪器
                 化学、生物、物理等众多处理技术已被应用于                              十六烷基三甲氧基硅烷（HDTMS），AR，上海
            油水分离领域       [5-7] 。但化学法能耗高、容易产生二次                 麦克林生化试剂有限公司；端异氰酸酯基聚氨酯预
            污染  [8-9] ；生物法具有处理周期长         [10] 等局限性。与之
                                                               聚体（PPU），化学纯，陶氏化学（广州）有限公司；
            相比，物理法由于实施简单、运行成本低而备受关
                                                               无水乙醇、煤油、环己烷、石油醚、二氯甲烷、二
            注。作为物理法之一的吸附分离技术具有作用范围
                                                               甲苯，AR，天津市富宇精细化工有限公司；苏丹红-
            广、操作简单、油品可回收利用等特点，深受研究                             Ⅲ、亚甲基蓝，AR，天津市科密欧化学试剂有限
            者的推崇     [11-12] 。研究至今，吸油材料由最初的活性                  公司。
            炭、膨润土、植物纤维等天然材料                 [13-16] ，发展到高
            吸油树脂、聚氨酯等合成吸油材料                 [17-18] ，克服了天          Vertex70 型傅里叶变换红外光谱仪、D8 Advance
            然吸油材料吸附能力低、可回收性差等缺点                     [19] 。其    型 X 射线衍射仪，德国 Bruker 公司；Vega 3 SBH
                                                               型扫描电子显微镜，泰斯肯贸易有限公司；AXIS
            中，聚氨酯泡沫具有丰富的孔道结构和充足的储油
            空间，可作为耐久性吸油材料重复使用                   [20-21] 。但是    SUPRA 型 X 射线光电子能谱仪，英国 Kratos 公司；
                                                               OCA 15EC 型视频光学接触角测量仪，德国德菲公
            聚氨酯泡沫表面含氧基团的存在，使其疏水性较差，
                                                               司；UTM2102 型电子万能试验机，深圳三思纵横科
            不利于对油的选择性吸附。目前，改善材料表面疏
            水性的方法主要从降低表面能和增加表面粗糙度                       [22]   技股份有限公司；STA449F3-1053-M 型同步热分析
                                                               仪，德国耐驰仪器制造有限公司。
            两方面出发。聚氨酯泡沫的疏水改性一般先以纳米
                                                               1.2   疏水改性花生壳粉末（H-PSP）负载改性聚氨
            材料构筑粗糙表面，再通过简单涂覆或化学接枝等
                                                                   酯泡沫（H-PSP-PUF-n）的制备
            手段修饰以氟、硅等低表面能物质，从而使聚氨酯
            泡沫达到理想的疏水状态            [23-26] 。然而，纳米材料的           1.2.1  H-PSP 的制备
                                                                   花生壳来源于当地农贸市场。将粉碎、自来水
            成本较高，限制了其应用范围。此外，以疏水性材
            料 作为发 泡底 物也可 提高 聚氨酯 泡沫 的疏水                         清洗、60  ℃干燥后的花生壳粉末（PSP）过 300 目
            性 [27-28] ，但是从原料出发，工艺略显繁琐。随着石                      筛，称取 300 目 PSP 5 g，置于 100 mL 体积分数为
            化资源的愈发枯竭以及可持续发展观念的深入人                              4.5%的 HDTMS 乙醇溶液中，于 45  ℃下反应 2 h
            心，生物质改性聚氨酯已成为研究热点之一。生物                             后，冷却至室温。用 30 mL 无水乙醇清洗 3 次，抽
            质基复合材料是以物理、化学等手段制备而成，可                             滤，60  ℃真空干燥 8 h 后得到 H-PSP。
            通过共混、共聚或接枝来制备生物质改性聚氨酯复                             1.2.2  H-PSP-PUF-n 的制备
            合材料。REN 等      [29] 制备了羧甲基壳聚糖改性的聚氨                     称取 10 g PPU 于反应器中，加入 0、5%、10%、
            酯泡沫，提高了泡沫对亚甲基蓝的吸附。QIU 等                     [14]   15%、20%的 H-PSP（以 PPU 的质量为基准，下同）。
            通过浸涂工艺将改性的疏水海泡石加载到聚氨酯海                             随后，加入 15 g 去离子水，剧烈搅拌后，将混合液
            绵的骨架上，制备的复合材料达到超疏水性。基于                             转移至培养皿中，室温下静置自由发泡，待 5~8 min
            此，利用生物质资源，尤其是生物质废弃物是节能                             泡沫固化成型，得到不同 H-PSP 负载量的改性聚氨
            减排的有效途径。中国是花生种植大国，其附产物                             酯泡沫（ PUF 、 H-PSP-PUF-5 、 H-PSP-PUF-10 、
            花生壳产量大、利用率小。花生壳的主要组成为木                             H-PSP-PUF-15、H-PSP-PUF-20）。将 H-PSP-PUF-n
            质素、纤维素和半纤维素，富含羟基活性基团。在                             裁成 2 cm× 2 cm×2 cm 的方块，用于吸油实验。
            现有的研究中，花生壳对聚氨酯的改性多是直接以                                 H-PSP-PUF-n 的制备示意图如图 1 所示。
            填料的形式加入聚氨酯的体系中，从而达到节约成                             1.3   表征与性能测试
            本、增强力学性能的目的            [30-31] ，而鲜见制备疏水花           1.3.1   结构表征
            生壳-聚氨酯复合泡沫的报道。                                         采用傅里叶变换红外光谱仪鉴定样品的化学结
                                                                                                          –1
                 基于此，本研究先对花生壳粉末进行疏水改性，                         构，样品保持干燥，设置扫描范围 4000~400 cm ；
            然后以聚氨酯泡沫为基体，通过共混的方式将疏水                             通过扫描电子显微镜观察样品的表面形貌，对样品
            改性花生壳粉末负载在聚氨酯泡沫的骨架上。在实                             进行喷金处理后在电压为 3.0 kV 下观察；采用 X 射
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