CN102961893A - 一种超疏水超亲油的油水分离网膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超疏水超亲油的油水分离网膜及其制备方法。该方法包括如下步骤：（1）将织物网清洗干净后晾干；（2）将盐酸多巴胺和三羟甲基氨基甲烷溶解于水中得到混合溶液，所述混合溶液的pH值为8.0~12.0；（3）将所述晾干后的织物网浸泡于所述混合溶液中，然后取出晾干；（4）将硫醇混合物和氢氧化钠溶解于水中得到混合悬浊液；（5）将步骤（3）得到的织物网浸泡于所述混合悬浊液中，经反应即得所述油水分离网膜。本发明的油水分离网膜对水承压高，油可以快速通过，从而分离效果好，速度快，对正己烷、石油醚、苯、汽油、柴油、动植物油和原油等均有很好的分离效果。该油水分离网膜无毒无害，环境友好，易清洗保存，可反复使用，具有良好的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种超疏水超亲油的油水分离网膜及其制备方法，属于固体材料表面改性领域。
背景技术
油水分离在实际生活和生产中有着非常重要的意义，而油中水份和杂质的含量，也对油品有不容忽视的影响。因此，如何寻找一种简便高效的处理油中水的方法，进行油水分离成为了一个重要的课题。
申请号：201110094312.X和201110420531.2的中国发明专利申请，分别公开了利用多巴胺聚合修饰表面改性的方法，分别用于提高硅基薄膜的摩擦学性能和改进固相微萃取涂层方面，没有关于表面浸润性和油水分离的研究。
申请号：200510040447.2和01118387.X的中国发明专利申请，分别公开了一种超疏水超亲油的油水分离网膜，均具有油水分离的效果，但是不足之处是使用了含氟化合物且制备工艺较为复杂。又如，专利号为00110215，公告号：1265931的中国发明专利中公开了一种将过渡胶酯预先刷涂在金属网格上，然后用高压风吹风，再喷涂聚全氟乙丙烯粉末，热加工冷却而成。此发明专利的制备过程过于繁琐，不适于大规模生产。
发明内容
本发明的目的是提供一种超疏水超亲油的油水分离网膜及其制备方法，该制备方法简单，制备得到的油水分离网的无含氟材料、分离速度快、效率高且可以多次重复使用。
本发明所提供的一种超疏水超亲油的油水分离网膜的制备方法，包括如下步骤：
（1）将织物网清洗干净后晾干；
（2）将盐酸多巴胺和三羟甲基氨基甲烷溶解于水中得到混合溶液，所述混合溶液的pH值为8.0~12.0；
（3）将所述晾干后的织物网浸泡于所述混合溶液中，然后取出晾干；
（4）将硫醇化合物和氢氧化钠溶解于水中得到混合悬浊液；
（5）将步骤（3）得到的织物网浸泡于所述混合悬浊液中，经反应即得所述油水分离网膜。
上述的制备方法中，所述织物网为金属织物网；所述金属织物网可为不锈钢网、铜网、铁网、钛网或铝合金网。
上述的制备方法中，所述织物网的目数为100~400目，如120目~280目、120目、280目或400目。
上述的制备方法中，所述硫醇化合物的分子式为CH3(CH2)nSH，n为11~19的数，其还可以是通过共价键连或者通过RAFT合成的含巯基的末端具有疏水亲油性质的高分子化合物。
上述的制备方法中，所述混合溶液中，所述盐酸多巴胺的质量百分含量为0.1~10.0%，具体可为0.1%~0.59%、0.1%、0.2%或0.59%，所述三羟甲基氨基甲烷的质量百分含量为0.3~2.0%，具体可为0.33%~0.74%、0.33%、0.4%或0.74%；
所述混合悬浊液中，所述硫醇化合物的质量百分含量为3.0~20%，具体可为0.4%或5.6%，所述氢氧化钠的质量百分含量为0.6~3.0%，具体可为0.93%或1%。
上述的制备方法中，步骤（3）中，所述浸泡的时间为24~48小时，具体可为24小时~36小时、24小时、36小时或48小时；步骤（5）中，所述浸泡的时间为6~12小时，具体可为6小时~10小时、6小时、10小时或12小时。
本发明还进一步提供了由上述方法制备的油水分离网膜；其是通过在盐酸多巴胺溶液和硫醇溶液中简单浸泡而成，织物网通过与盐酸多巴胺配位作用紧密结合，之后硫醇与盐酸多巴胺通过化学键作用结合，织物网表面大量硫醇使油可以迅速铺展和通过，而水则不能通过，从而形成了本发明所述的超疏水超亲油网膜，本发明的油水分离网膜具有稳定、分离效率高、制备工艺简单、承水压高等优点，便于大面积制备和生产。
上述的油水分离网膜中，所述油水分离网膜的网孔可为30~170微米，具体可为40~125微米、40微米、55微米或125微米。
本发明的油水分离网膜选取的原料易得，制备方法简单，制备成本低，可以大范围制备。本发明提供的油水分离网膜对水承压高，油可以快速通过，从而分离效果好，速度快，对正己烷、石油醚、苯、汽油、柴油、动植物油和原油等均有很好的分离效果。该油水分离网膜无毒无害，环境友好，易清洗保存，可反复使用，具有良好的稳定性。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的油水分离网膜的表面形貌扫描电镜照片。
图2为在空气中测量二氯甲烷（3.5微升）在本发明实施例1制备的油水分离网膜表面的形状照片。
图3为在空气中测量水滴（2微升）在本发明实施例1制备的油水分离网膜表面的形状照片。
图4为本发明实施例1-3制备的油水分离网膜用于分离油与水的实验装置与实验效果照片；其中各标记为：1油水分离网膜、2油与水的混合物、3分离后的油、4分离后水。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1、制备超疏水超亲油的油水分离网膜
（1）将400目的不锈钢网浸泡在乙醇和丙酮（体积比为1：1）的混合溶液中超声清洗15分钟，常温下晾干；
（2）室温下，在100ml的烧杯中加入60ml水、0.12g盐酸多巴胺和0.24g三羟甲基氨基甲烷，磁力搅拌混合均匀，得到混合溶液，该混合溶液中，盐酸多巴胺的质量百分含量为0.20%，三羟甲基氨基甲烷的质量百分含量为0.40%；
（3）将步骤（1）晾干后的不锈钢网浸泡于步骤（2）得到的混合溶液中，常温放置48小时后，取出用去离子水冲洗干净，自然晾干；
（4）室温下，在100ml的烧杯中加入60ml水、2.54g正十二硫醇和0.6g氢氧化钠，磁力搅拌下得到混合悬浊液，该混合悬浊液中，正十二硫醇的质量百分含量为4.0%，氢氧化钠的质量百分含量为1.0%；
（5）将步骤（3）晾干后的包覆了盐酸多巴胺的不锈钢网浸泡于步骤（4）得到的混合悬浊液中，常温放置6小时后，分别用乙醇和乙醚冲洗后，晾干即得到超疏水超亲油的油水分离网。
本实施例得到的油水分离网膜的表面形貌扫描电镜照片如图1所示，由图可知，其网孔约为40微米。
在空气中测量本实施例得到的油水分离网膜对2微升的水滴的接触角大于150°（如图2所示）；本实施例得到的油水分离网膜对2微升甲苯的接触角接近0°（如图3所示）。
利用图4所示的实验装置进行油水分离试验。将上述得到的油水分离网膜1夹在夹具中间，两端进料玻璃管和出料玻璃管，将正己烷与水的混合物2（体积比1：2，磁力搅拌20分钟，油滴粒径20~35微米）通过上方的进料玻璃管倒在上述的油水分离网膜上，正己烷可迅速通过油水网膜从下方出料玻璃管流出，同时水被阻挡在油水分离网膜的上端，得到分离后的油3和分离后的水4，从而达到油水混合物分离的目的。
实施例2、制备超疏水超亲油的油水分离网膜
（1）将280目的不锈钢网浸泡在乙醇和丙酮（体积比为1：1）的混合溶液中超声清洗15分钟，常温下晾干；
（2）室温下，在100ml的烧杯中加入60ml水、0.06g盐酸多巴胺和0.20g三羟甲基氨基甲烷，磁力搅拌混合均匀，得到混合溶液，该混合溶液中，盐酸多巴胺的质量百分含量为0.10%，三羟甲基氨基甲烷的质量百分含量为0.33%；
（3）将步骤（1）晾干后的不锈钢网浸泡于步骤（2）得到的混合溶液，常温放置24小时后，取出用去离子水冲洗干净，自然晾干；
（4）室温下，在100ml的烧杯中加入60ml水、3.60g正十八硫醇和0.6g氢氧化钠，磁力搅拌下得到混合悬浊液，该混合悬浊液中，正八硫醇的质量百分含量为5.6%，氢氧化钠的质量百分含量为0.93%；
（5）将步骤（3）晾干后的包覆了盐酸多巴胺的不锈钢网浸泡于步骤（4）得到的混合悬浊液中，常温放置10小时后，分别用乙醇和乙醚冲洗后，晾干即得到超疏水超亲油的油水分离网。
本实施例得到的油水分离网膜孔径约为55微米。
在空气中测量本实施例得到的油水分离网膜对2微升的水滴的接触角大于150°；本实施例得到的油水分离网膜对2微升甲苯的接触角接近0°。
利用图4所示的实验装置进行油水分离试验。将上述得到的油水分离网膜夹在夹具中间，两端进料玻璃管和出料玻璃管，将植物油与水的混合物（体积比1：1，磁力搅拌20分钟，油滴粒径25~35微米）通过上方的进料玻璃管倒在上述的油水分离网膜上，植物油可迅速通过油水网膜从下方出料玻璃管流出，同时水被阻挡在油水分离网膜的上端，得到分离后的油和水，从而达到油水混合物分离的目的。
实施例3、制备超疏水超亲油的油水分离网膜
（1）将120目的铜网浸泡在乙醇和丙酮（体积比为1：1）的混合溶液中超声清洗15分钟，常温下晾干；
（2）室温下，在100ml的烧杯中加入60ml水、0.36g盐酸多巴胺和0.45g三羟甲基氨基甲烷，磁力搅拌混合均匀，得到混合溶液，该混合溶液中，盐酸多巴胺的质量百分含量为0.59%，三羟甲基氨基甲烷的质量百分含量为0.74%；
（3）将步骤（1）晾干后的不锈钢网浸泡于步骤（2）得到的混合溶液，常温放置36小时后，取出用去离子水冲洗干净，自然晾干；
（4）室温下，在100ml的烧杯中加入60ml水、2.54g正十二硫醇和0.6g氢氧化钠，磁力搅拌下得到混合悬浊液，该混合悬浊液中，正十二硫醇的质量百分含量为4.0%，氢氧化钠的质量百分含量为1.0%；
（5）将步骤（3）晾干后的包覆了盐酸多巴胺的不锈钢网浸泡于步骤（4）得到的混合悬浊液中，常温放置12小时后，分别用乙醇和乙醚冲洗后，晾干即得到超疏水超亲油的油水分离网。
本实施例得到的油水分离网膜孔径约为125微米。
在空气中测量本实施例得到的油水分离网膜对2微升的水滴的接触角大于150°；本实施例得到的油水分离网膜对3.5微升二氯甲烷的接触角接近0°。
利用图4所示的实验装置进行油水分离试验。将上述得到的油水分离网膜夹在夹具中间，两端进料玻璃管和出料玻璃管，将柴油与水的混合物（体积比2：1，磁力搅拌20分钟，油滴粒30~45微米）通过上方的进料玻璃管倒在上述的油水分离网膜上，柴油可迅速通过油水网膜从下方出料玻璃管流出，同时水被阻挡在油水分离网膜的上端，得到分离后的油和水，从而达到油水混合物分离的目的。
本发明的实验结果表明，油（如正己烷、石油醚、苯、二氯甲烷、汽油、柴油、动植物油和原油等）在本发明的油水分离网膜的接触角接近0°，且可迅速通过；同时水在其表面的接触角为150°，即水在本发明的油水分离网膜表面不浸润且不能通过。如将油水混合物倒入夹有本发明的油水分离网膜的倾斜放置的玻璃管中时，油能快速通过，而水被阻挡在油水分离的网膜上方，实现油水分离的目的。水在本发明网膜上完全不浸润，不会破坏本发明网膜的浸润性，因此网膜可以反复使用。使用后的油水网膜用乙醇清洗晾干保存即可，不需要保存在复杂的环境中。
Claims (9)
1.一种超疏水超亲油的油水分离网膜的制备方法，包括如下步骤：
（1）将织物网清洗干净后晾干；
（2）将盐酸多巴胺和三羟甲基氨基甲烷溶解于水中得到混合溶液，所述混合溶液的pH值为8.0~12.0；
（3）将所述晾干后的织物网浸泡于所述混合溶液中，然后取出晾干；
（4）将硫醇化合物和氢氧化钠溶解于水中得到混合悬浊液；
（5）将步骤（3）得到的织物网浸泡于所述混合悬浊液中，经反应即得所述油水分离网膜。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述织物网为金属织物网；所述金属织物网为不锈钢网、铜网、铁网、钛网或铝合金网。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述织物网的目数为100~400目。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的制备方法，其特征在于：所述硫醇化合物的分子式为CH3(CH2)nSH，n为11~19的数。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的制备方法，其特征在于：所述混合溶液中，所述盐酸多巴胺的质量百分含量为0.1~10.0%，所述三羟甲基氨基甲烷的质量百分含量为0.3~2.0%；
所述混合悬浊液中，所述硫醇化合物的质量百分含量为3.0~20%，所述氢氧化钠的质量百分含量为0.6~3.0%。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，所述浸泡的时间为24~48小时；步骤（5）中，所述浸泡的时间为6~12小时。
7.权利要求1-6中任一项所述方法制备的油水分离网膜。
8.根据权利要求7所述的油水分离网膜，其特征在于：所述油水分离网膜的网孔为30~170微米。
9.权利要求7或8所述的油水分离网膜在油水分离中的应用。
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