CN105148619A - 一种聚苯胺修饰多孔材料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种聚苯胺修饰多孔材料的方法，包括以下步骤：1）用1M的高氯酸溶液配制0.02~0.04M的苯胺-高氯酸溶液和0.01~0.02M的过硫酸铵-高氯酸溶液；2）将不锈钢网（SSM）或聚偏氟乙烯（PVDF）滤膜用乙醇和蒸馏水各浸泡清洗，干燥，然后依次加入0.02~0.04M的苯胺-高氯酸溶液、0.01~0.02M的过硫酸铵-高氯酸溶液，在室温或者冰水浴中搅拌反应8~12小时，取出不锈钢网和滤膜，用蒸馏水清洗，干燥。本发明工艺简单，原料易得，成本低；聚苯胺修饰的多孔材料具有良好的耐酸碱和盐的特性，具有极高的稳定性，用于油水两相混合物和水包油乳液的分离。

Description

一种聚苯胺修饰多孔材料的方法

技术领域

本发明涉及一种聚苯胺修饰多孔材料的方法，属于表面改性技术领域。

背景技术

随着工业发展以及城市化进程的加快，工业污水及生活废水的排放加剧，从而给河流造成了巨大的污染；此外，海洋活动的日益增多如：海洋石油的开采和泄漏事故、船舶的废气及废水排放等也造成了海洋污染，而含油废水是其中主要的污染源。如何实现含油废水尤其是水包油乳液的净化处理进而实现净化污水的再利用具有重要意义。

传统的油水分离方法包括重力法、离心法、蒸馏法、化学法等等。但这些方法不仅需要耗能而且费时费力，操作复杂，往往还受困于大规模的分离。因此，膜分离方法得到了广泛的关注。微滤膜、纳滤膜和超滤膜在油水分离尤其是乳液分离中开始逐渐为大家应用，但是这些膜存在流速低，容易被污染，从而导致其使用寿命短的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种方便、高效的聚苯胺修饰多孔材料的方法，采用化学氧化聚合聚苯胺（PANI）的方法，使其在不锈钢网和滤膜上原位聚合生长，从而在滤膜及不锈钢网表面牢固的包覆一层致密的聚苯胺纳米纤维，实现不锈钢网和滤膜的润湿性的改变，从而实现油水的有效分离。

一种聚苯胺修饰多孔材料的方法，其特征在于包括以下步骤：

1）用1M的高氯酸溶液配制0.02~0.04M的苯胺-高氯酸溶液和0.01~0.02M的过硫酸铵-高氯酸溶液；

2）将不锈钢网（SSM）或聚偏氟乙烯（PVDF）滤膜用乙醇和蒸馏水各浸泡清洗，干燥，然后依次加入0.02~0.04M的苯胺-高氯酸溶液、0.01~0.02M的过硫酸铵-高氯酸溶液，在室温或者冰水浴中搅拌反应8~12小时，取出不锈钢网和滤膜，用蒸馏水清洗，干燥。

所述不锈钢网的目数为400~2300目。

所述聚偏氟乙烯滤膜的孔径为0.22~2μm。

所述苯胺-高氯酸溶液与过硫酸铵-高氯酸溶液的体积比为1:1。

所述苯胺与过硫酸铵的摩尔比为2:1。

用聚苯胺修饰聚偏氟乙烯滤膜时步骤2）在冰水浴中进行。

PANI修饰后的不锈钢网用于油水两相混合物和不含表面活性剂乳液的分离。

PANI修饰后的聚偏氟乙烯滤膜用于含表面活性剂的水包油乳液的分离。

所述表面活性剂为Tween80或十二烷基苯磺酸钠（SDS）。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明工艺简单，原料易得，成本低。

2、本发明所述聚苯胺修饰的多孔材料具有良好的耐酸碱和盐的特性，具有极高的稳定性。

附图说明

图1为本发明实施例1中PANI修饰前后的400目不锈钢网的扫描电镜（SEM）照片，其中a和b是原始不锈钢网的不同放大倍数的电镜照片，c和d是聚苯胺修饰后的不锈钢网的不同放大倍数照片。

图2为本发明实施例1中利用PANI修饰后的400目不锈钢网进行油水两相混合物分离过程的光学照片。

图3为本发明实施例2中PANI修饰前后的2300目不锈钢网的SEM照片，其中a和b是原始不锈钢网的不同放大倍数的平面照片，c是原始不锈钢网的截面照片，d和e是PANI修饰后的不锈钢网的不同放大倍数的平面照片，f是PANI修饰后的不锈钢网的截面照片。

图4为本发明实施例2中利用PANI修饰的2300目不锈钢网分离非表面活性剂乳液前后的光学照片。

图5为本发明实施例3中PANI修饰前后的0.22μmPVDF滤膜的SEM照片，其中a和b是不同放大倍数的原始滤膜照片，c和d是不同放大倍数的PANI修饰后的滤膜照片。

图6为本发明实施例3中利用PANI修饰后的0.22μm的PVDF滤膜分离不同表面活性剂存在的水包油乳液前后的光学照片，其中a为吐温80（Tween80）存在的乳液，b为十二烷基苯磺酸钠（SDS）存在的乳液。

图7为本发明实施例3中利用PANI修饰后的0.22μm的PVDF滤膜分离不同有机溶剂种类的Tween80表面活性剂存在的水包油乳液前后的光学照片，其中a为正己烷/水乳液，b为十六烷/水乳液，c为石油醚/水乳液。

图8为本发明实施例2和例3中不锈钢网和滤膜在PANI修饰前后的润湿性的改变，其中a表示修饰前和修饰后的2300目的不锈钢网的水的接触角，可以看出修饰前不锈钢网的接触角在120度左右，修饰后接触角大约为0~10度，具有超亲水性质；b表示0.22μm的PVDF滤膜PANI修饰前后的水的接触角光学照片，可以看出修饰前接触角在130度，而修饰后水在表面完全铺展，具有超亲水性质；c表示修饰前后滤膜在水中的存在状态，原始滤膜漂浮在水面，而修饰后的滤膜沉入水底，表明修饰后滤膜的亲水性大大提高。

图9为本发明实施例3中0.22μm的PVDF滤膜在酸碱盐中浸泡12h后的变化情况，其中a为初始放入1M盐酸、1M氢氧化钠和饱和的食盐水中；9b是放置上述溶液12小时之后的状态，可以看出滤膜颜色基本没有变化；测试其润湿性（水下油的接触角）前后没有变化，因而PANI修饰后的滤膜具有很高的耐酸碱性。

具体实施方式

实施例1

（1）基底的处理：

将400目不锈钢网用乙醇、蒸馏水各清洗多次，60℃烘箱干燥待用。

（2）聚苯胺修饰：

将10mL的0.04M的苯胺-高氯酸溶液倒入盛有不锈钢网的容器中，然后向其中加入10mL的0.02M的过硫酸铵-高氯酸溶液，常温下搅拌反应8h，制得聚苯胺修饰的不锈钢网，扫描光镜照片如图1所示，可以看出经过修饰后，原先光滑的不锈钢网表面包覆了一层聚苯胺纳米纤维。

（3）同时将制得的聚苯胺修饰的不锈钢网用于正己烷和水的油水混合物（水油体积比为1:1）的分离，分离效果如图2所示，可以看出水完全通过不锈钢网进入下边的收集瓶，而油（正己烷）停留在不锈钢网的上部。

实施例2

（1）基底的处理：

将2300目不锈钢网用乙醇、蒸馏水各清洗多次，60℃烘箱干燥待用。

（2）聚苯胺修饰：

将10mL的0.02M的苯胺-高氯酸溶液倒入盛有不锈钢网的反应容器中，然后向其中加入10mL的0.01M的过硫酸铵-高氯酸溶液，冰水浴中搅拌反应12h，制得聚苯胺修饰的不锈钢网，如图3所示，由其表面和截面的修饰前后光镜可以看出，修饰后的不锈钢网表面牢固的生长了一层聚苯胺。

（3）将聚苯胺修饰后的不锈钢网用于非表面活性剂正己烷乳液的分离，分离效果如图4所示，可以看出乳液可以有效的分离。正己烷乳液是将正己烷与水以体积比1:9的比例混合后，200w超声振荡1h制得，可以稳定存在4h而不会出现破乳。

实施例3

（1）基底的处理：

将0.22μm的PVDF滤膜用乙醇、蒸馏水各清洗多次，60℃烘箱干燥待用。

（2）聚苯胺修饰：

将10mL的0.02M的苯胺-高氯酸溶液倒入盛有滤膜的反应容器中，然后向其中加入10mL的0.01M的过硫酸铵-高氯酸溶液，冰水浴中搅拌反应12h，制得聚苯胺修饰的滤膜，如图5所示，可以看出修饰后的滤膜孔径变小，并且空隙中有大量的聚苯胺的纳米纤维结构存在。

（3）将制得的聚苯胺修饰的滤膜用于1mg/mLTween80和0.1mg/mLSDS表面活性剂存在的正己烷的乳液的分离，分离效果如图6所示，可以看出能够有效的实现不同表面活性剂乳液的分离。同时将此滤膜用于1mg/mLTween80存在的不同有机溶剂类型（正己烷、石油醚、十六烷）的乳液的分离，分离效果如图7所示，可以看出不同的有机溶剂乳液体系可以得到有效的分离。不同体系的乳液是将不同有机溶剂（正己烷、石油醚、十六烷）与水以体积比1:99的比例混合，然后加入0.02mg/mL~1mg/mL不等的Tween80或SDS后，搅拌6h后制得，可以稳定存在24小时而不会破乳。

Claims (9)

1.一种聚苯胺修饰多孔材料的方法，其特征在于包括以下步骤：

1）用1M的高氯酸溶液配制0.02~0.04M的苯胺-高氯酸溶液和0.01~0.02M的过硫酸铵-高氯酸溶液；

2）将不锈钢网或聚偏氟乙烯滤膜用乙醇和蒸馏水各浸泡清洗，干燥，然后依次加入0.02~0.04M的苯胺-高氯酸溶液、0.01~0.02M的过硫酸铵-高氯酸溶液，在室温或者冰水浴中搅拌反应8~12小时，取出不锈钢网和滤膜，用蒸馏水清洗，干燥。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述不锈钢网的目数为400~2300目。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述聚偏氟乙烯滤膜的孔径为0.22~2μm。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述苯胺-高氯酸溶液与过硫酸铵-高氯酸溶液的体积比为1:1。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述苯胺与过硫酸铵的摩尔比为2:1。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于用聚苯胺修饰聚偏氟乙烯滤膜时在冰水浴中进行。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于PANI修饰后的不锈钢网用于油水两相混合物和不含表面活性剂乳液的分离。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于PANI修饰后的聚偏氟乙烯滤膜用于含表面活性剂的水包油乳液的分离。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于所述表面活性剂为Tween80或十二烷基苯磺酸钠。