基于热塑性聚氨酯的多孔材料制备及对油水分离的应用
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浙江省基本科研业务费资助项目(2022YW83);绍兴市科技计划项目(2023B41015)


Preparation of Porous Materials Based on Thermoplastic Polyurethane and Their Application in Oil-Water Separation
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    摘要:

    海洋原油泄漏与塑料污染治理的迫切需求推动着新型油水分离材料的研发。 文中以热塑性聚氨酯(TPU)为原料,基于热致相分离技术制备了聚氨酯多孔材料(PUP),通过正交实验优化确定最佳制备参数为 0.08 g / mL 的 TPU浓度、-10 ℃的相分离温度、30 min 的相分离时间、9.5∶ 0.5 的 1,4-二氧六环(DO) / 水(H2O)溶剂比。 进一步通过复合疏水二氧化硅(SiO2)纳米粒子制备了疏水化聚氨酯多孔材料(HPUP),对比分析了 PUP 与 HPUP 的性能差异。 结果表明,PUP 与 HPUP 对硅油的饱和吸附量分别达到 49.27 g / g 和 41.39 g / g,且经 10 次吸附-脱附循环后吸附性能保持稳定。 吸附动力学分析显示,准二级模型(R2>0.998)可精准描述其动态吸附过程。 通过紫外-可见分光光度法测试,PUP 与 HPUP 对有机溶剂的吸附阈值分别为 0.75‰和 2.15‰,对植物油的吸附阈值分别为 1.63‰和 1.24‰。 连续油水分离装置测试显示,PUP 动态通量达 0.035 g / ( cm2·s),HPUP 可达 0.040 g / ( cm2·s),油品回收率均>99% 。 为环境友好型油水分离材料的开发提供了新思路。

    Abstract:

    The urgent need to address marine crude oil spills and plastic pollution has driven the development of novel oil-water separation materials. In this study, thermoplastic polyurethane (TPU)-based porous materials (PUP) were fabricated via thermally induced phase separation technique. Orthogonal experiments optimized key preparation parameters, yielding optimal conditions:0.08 g / mL TPU concentration, phase separation temperature of -10 ℃, phase separation duration of 30 min, and a solvent ratio of 9.5 ∶ 0.5 for 1,4-dioxane (DO) / water (H2O). Hydrophobic polyurethane porous materials ( HPUP ) were further synthesized by incorporating hydrophobic silica ( SiO2) nanoparticles. Comparative analysis revealed distinct performance characteristics between PUP and HPUP. Experimental results demonstrate saturated silicone oil adsorption capacities of 49.27 g / g ( PUP) and 41.39 g / g ( HPUP), with stable adsorption performance retained over 10 adsorption-desorption cycles. The kinetics analysis confirms that the adsorption process follows a pseudo-second-order model ( R2>0.998). Determined by UV-vis spectrophotometry, the adsorption thresholds of PUP and HPUP for organic solvents are 0.75‰ and 2.15‰, respectively, and for plant oil, they are 1.63‰ and 1.24‰, respectively. A selfdesigned continuous oil-water separation device achieves a flux of 0.035 g / (cm2·s), and can reach 0.040 g / (cm2·s) after the hydrophobic modification, maintaining > 99% oil recovery. This study provides novel insights into the design of environmentally friendly oil-water separation materials.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

朱 杰, 岳嘉良, 刘梦琰, 罗嘉涛, 荣优婷, 王雪飞, 朱本峰, 杨雨萌, 卫国英.基于热塑性聚氨酯的多孔材料制备及对油水分离的应用[J].高分子材料科学与工程,2026,42(4):100-111. Jie Zhu, Jialiang Yue, Mengyan Liu, Jiatao Luo, Youting Rong, Xuefei Wang, Benfeng Zhu, Yumeng Yang, Guoying Wei. Preparation of Porous Materials Based on Thermoplastic Polyurethane and Their Application in Oil-Water Separation[J]. Polymer Materials Science & Engineering,2026,42(4):100-111.

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