一种超弹性疏水气凝胶吸油材料及其制备方法与应用
本发明属于生物质气凝胶吸油材料，具体涉及一种甲基三氯硅烷改性的超弹性、疏水的明胶气凝胶吸油材料的制备方法及其应用。
背景技术：
1、近年来，由于石油的海洋运输和海上开采造成海洋溢油事故频发，不仅造成资源浪费和经济损失，而且严重威胁着海洋生态平衡和人类健康，开发一种绿色高效的溢油修复方法显得尤为关键。
2、目前，用于海洋溢油修复的技术包括撇油器、原位燃烧、吸附、化学分散剂和生物修复等。然而，这些方法也有一些局限性。例如，撇油器人工成本高，受天气条件影响大，原位燃烧会造成空气污染，化学分散剂本身可能对海洋生物有毒，应用受到限制，生物修复过程较慢，修复效果受环境条件制约。在这些技术中，吸附法因具有操作简单、成本低、无二次污染等诸多优点，近年来被认为是一种有效的溢油修复方法。不同类型的吸附剂已经被用于溢油修复，包括粘土、活性炭、分子筛、合成聚合物等，但这些材料在吸附效率、可回收性和重复使用性方面还存在局限性，极大的阻碍了其大规模应用。
3、气凝胶是一种典型的三维多孔材料，因其密度低、孔隙率高、吸附量大和可回收性好而引起了人们极大的兴趣，被认为是最具吸引力的吸附剂之一。近年来，已经开发了一系列可作为吸附剂的气凝胶，如二氧化硅气凝胶、石墨烯气凝胶、碳纳米管气凝胶等，但复杂的工艺、昂贵的成本和不可生物降解等缺点极大地阻碍了它们的推广和应用。
4、新型生物质气凝胶因其原料来源丰富易得、可生物降解和高环境效益而备受关注，然而，这些气凝胶材料的制备过程往往需要使用有毒交联剂，可能会对环境造成二次污染，且同时吸油吸水，不具备油水选择性，难以应对大规模的溢油事件。因此，在可持续发展的背景下，需要开发一种高效环保的溢油清除技术。
5、cn105924686a公开了一种生物基聚合物气凝胶吸油材料，先用交联剂对生物基聚合物进行交联得到前驱液，然后将前驱液冷冻干燥获得气凝胶，最后在气凝胶表面接枝硅烷得到疏水的生物基聚合物气凝胶吸油材料，其密度为3.8～23.1kg/m3，水接触角至少为117.8°，对汽油、石蜡油、氯仿和原油的吸附容量分别为30.5～109.0g/g，33.2～131.2g/g，58.2～163.0g/g，24.7～95.8g/g，且该材料经过50次的吸附汽油挤压循环后，其吸附容量的保持率为43～99％。
6、cn106750384a公开了一种氨基硅烷改性纳米纤维素气凝胶，其制备方法包括：1)使纳米纤维素悬浮液变成半透明胶体；2)将纳米纤维素胶体挤出成球形或短棒状水凝胶；3)使成型的纳米纤维素水凝胶变成醇凝胶；4)制得纳米纤维素气凝胶；5)气态有机胺在纳米纤维素气凝胶表面进行吸附；6)真空回收剩余的有机胺催化剂；7)气态氨基硅烷与纳米纤维素气凝胶进行化学反应；8)真空回收未反应的氨基硅烷；9)制得相应的氨基硅烷化的纳米纤维素气凝胶。优点：1)消除液相改性过程中所遇到的溶剂回收、分离过程，简化了胺基化改性的工艺；2)保持纳米纤维素气凝胶原始微观三维网络结构，提高改性接枝密度和均匀性；3)过程简单效率高成本低。
7、cn114805910a公开了一种超疏水、隔热的气凝胶的制备方法。使用定向冷冻法使气凝胶具有层状/多孔的取向结构，赋予了优良的隔热性能，通过改变壳聚糖浓度来调整结构和性能，无需醛类交联剂，更绿色环保，化学气相沉积疏水改性增强材料的耐水性。该方法简单环保，耗时短，并且得到的壳聚糖气凝胶的热导率低且具有各向异性，这种各向异性的热导率使其轴向隔热，径向散热，传热更加均匀，防止了局部加热对气凝胶的损坏。
技术实现思路
1、本发明的目的是针对现有溢油修复技术的不足，提供一种不需外加交联剂的低密度、高吸附容量、可重复使用且油水选择性强的超疏水气凝胶吸油材料的制备方法及采用该方法制备的气凝胶吸油材料。
2、本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
3、一种超弹性疏水气凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：
4、(1)每100份水中加入2-5份明胶，加热搅拌使之完全溶解；
5、(2)在搅拌条件下，将表面活性剂加入到步骤(1)得到的明胶水溶液中，继续搅拌混匀；
6、(3)将步骤(2)得到的混合溶液高速搅拌，使溶液中产生大量微气泡，溶液体积扩大3-9倍；
7、(4)将步骤(3)所得的前驱液倒入模具中冷冻成型，然后在冷冻干燥机中冻干即得明胶气凝胶；
8、(5)将硅烷接枝至步骤(4)所得气凝胶表面，即得疏水的气凝胶吸油材料。
9、步骤(1)中所述加热温度是35-80℃，优选是50-60℃；所述加热方式为水浴加热；加热溶解时间为30-120分钟，优选为40-60分钟。
10、步骤(2)中所述表面活性剂的加入量是0.01-1份，更优选是0.03-0.5份，最优选是0.07-0.28份；所述表面活性剂是有机磺酸盐，优选是烷基磺酸盐，最优选是十二烷基硫酸钠(sds)。
11、步骤(3)中所述搅拌的速度是3000-100000转/分钟，更优选是10000-50000转/分钟；所述微气泡的直径是1-1000微米，更优选是20-300微米；搅拌时间为1-30分钟，更优选5-10分钟；优选体积扩大5-7倍。
12、步骤(4)中的冷冻温度为-10℃到-30℃，冷冻时间为6-24h；所述冻干时间为24-48h，冻干温度为-30℃到-50℃。
13、步骤(5)所述接枝利用化学气相沉积法，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种或多种；所述硅烷的接枝量为0.2-2份，优选为0.5-1份。
14、所述的化学气相沉积法接枝硅烷的步骤如下：将装有硅烷的容器与步骤(4)制备的气凝胶一起置于真空干燥器中密封，并将其加热至硅烷发生气化的温度后，使之与气凝胶反应，气化温度为50-65℃，反应时间为6-24h。
15、本发明的另一个方面，公开一种采用如所述方法制备的超弹性疏水气凝胶材料。
16、本发明的另一个方面，公开了将制备的超弹性疏水气凝胶材料用于海洋油污吸附处理的应用。
17、基于本领域的常规认知，如果没有特别说明，本技术中所述份数都是指质量份数。
18、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
19、(1)本发明制备的吸油材料原料来源广泛、廉价易得、可生物降解，不会对环境产生负面影响；
20、(2)本发明制备工艺简单，无需添加交联剂就能高效制得具有三维网络结构的气凝胶，更加绿色环保；
21、(3)本发明制备的气凝胶吸油材料密度低、孔隙率高、压缩性能好，因此吸油容量大，且通过简单挤压就能实现循环使用，大大提高了溢油回收效率，降低了处理溢油的成本；
22、(4)本发明制备的气凝胶通过硅烷进行了改性，具有较强的疏水性，使得材料具有优异的油水选择性，因而无论油品的密度是否比水小，该气凝胶吸油材料都具备高效吸附油品的能力，材料表面的疏水层也有利于提高吸油效率，增强材料的压缩性能。
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