CN105214344B - 一种具有自清洁功能的超疏水超亲油油水分离网膜及其制备方法 - Google Patents

一种具有自清洁功能的超疏水超亲油油水分离网膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有自清洁功能的超疏水超亲油油水分离网膜，是以织物网为载体在其表面涂覆一层复合固化膜制得，其中复合固化膜是将环氧树脂、稀释剂、纳米二氧化钛粉末与固化剂按质量比1:10～50:1～10:0.1～1的比例混合制得。本发明公开的超疏水超亲油油水分离网膜使聚合物/无机复合材料表面同时具有超疏水和超亲油性质，赋予网膜以理想的油水分离效能，且在阳光紫外线作用下可实现自清洁功能。本发明公开的分离网膜的制备方法简单、原料易得且成本低，极适于规模化生产，制得的分离网膜自清洁性可有效保持网膜的使用性能，提高了使用寿命，具有广泛的应用领域和社会效益及经济价值。

Description

一种具有自清洁功能的超疏水超亲油油水分离网膜及其制备 方法
技术领域
本发明涉及一种具有自清洁功能的超疏水超亲油油水分离网膜及其制备方法，属于聚合物/无机复合功能材料技术领域。
背景技术
含油污水污染环境，破坏生态平衡，危害人类健康，因此对含油污水进行油水分离，有利于水的净化。通过油水分离，可去除成品油中的水分等杂质，对提高油品质量具有重要意义。
超疏水是自然界的一种奇特现象，实现油水分离是其重要应用之一。利用超疏水的特殊润湿性，可以使油顺利通过而水完全不通过，从而实现有效分离油水混合物。迄今将超疏水应用于油水分离的研究已有不少报道。中国专利CN1387932A、CN1721030A、CN101518695A和CN101708384A中分别公开了具有超疏水与超亲油功能的油水分离网膜。虽然上述油水分离网膜均具有油水分离效果，但也存在不足，如制备工艺复杂，有的使用了含氟化合物，有的需要高温固化等。鉴于此，在保持高油水分离效率的前提下，利用通用材料，简化工艺过程，提高稳定性，降低造价，实现油水分离网膜的大规模制备与应用是该领域的发展方向。专利申请CN102408656A公开了一种具有超疏水与超亲油功能的油水分离网膜及其制备方法，利用环氧树脂/纳米二氧化硅复合材料构筑超疏水界面，实现油水分离，具有制备原料通用，方法简单，成本低，适于规模化生产与应用等优点，有效解决了上述问题。
但是上述油水分离网膜在使用过程中，网膜表面不可避免地会受到油污染而影响其通透性和分离性能，去除表面油污一般要通过人工除污、机械刮擦或使用表面活性剂等方法解决，容易造成二次污染，网膜表面构造破坏，使用性能降低，使用寿命减少等问题。因此，构筑具有自清洁功能的超疏水超亲油界面，实现油水分离具有重要意义。专利申请CN1387932A公开了具有自清洁功能的纳米界面分离网及其制法和用途，采用化学气相沉积与热固化的方法，将纳米级低表面能粉末、分散剂在纳米光催化粘结剂和有机溶剂混合气氛中拌分解成乳液，在40～380目的金属纤维织物上，依次用喷涂、干燥定型处理等工艺得到具有自清洁功能的超疏水/超亲油性纳米界面分离网，其自清洁功能主要通过二氧化钛纳米光催化材料实现。但是上述方法存在步骤繁琐，工艺复杂，材料昂贵（例如低表面能粉末为含氟聚合物）等问题。实现原料的通用廉价、制备方法的简易化、应用的规模化仍然是此类具有自清洁功能的超疏水超亲油油水分离材料所要亟待解决的课题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明要解决的问题是提供一种具有自清洁功能的超疏水超亲油油水分离网膜及其制备方法。
本发明所述的具有自清洁功能的超疏水超亲油油水分离网膜，是以织物网为载体在其表面涂覆一层复合固化膜制得；所述织物网是铜网、尼龙网、涤纶网或不锈钢网，其孔径均为100～400目，所述复合固化膜是将环氧树脂、稀释剂、纳米二氧化钛粉末与固化剂按质量比1:10～50:1～10:0.1～1的比例混合制得，其中所述稀释剂是C12-14脂肪缩水甘油醚、丁基缩水甘油醚或体积比为2:1的甲苯/丙酮，所述纳米二氧化钛为锐钛矿型或金红石型，所述固化剂是固化剂T-31。
上述具有自清洁功能的超疏水超亲油油水分离网膜中：所述织物网优选是铜网或尼龙网，其孔径均为200～300目；所述环氧树脂优选是E-44型环氧树脂，所述稀释剂优选是体积比为2:1的甲苯/丙酮，所述纳米二氧化钛优选为锐钛矿型、粉末状、平均粒径为5～10纳米的二氧化钛。
上述具有自清洁功能的超疏水超亲油油水分离网膜中进一步优选的实施方式是：所述环氧树脂、稀释剂、纳米二氧化钛粉末与固化剂的质量比为1:20～40:2～6:0.2～0.5；最优选的实施方式是：所述环氧树脂、稀释剂、纳米二氧化钛粉末与固化剂的质量比为1:20:6:0.5或1:30:4:0.5。
本发明所述具有自清洁功能的超疏水超亲油油水分离网膜的制备方法，步骤是：
（1）将孔径均为100～400目的铜网、尼龙网、涤纶网或不锈钢网浸入无水乙醇中进行超声清洗，常温晾干；
（2）将环氧树脂、稀释剂、纳米二氧化钛粉末与固化剂按质量比1:10～50:1～10:0.1～1的比例混合，超声均匀分散制得混合液；其中所述稀释剂是C12-14脂肪缩水甘油醚、丁基缩水甘油醚或体积比为2:1的甲苯/丙酮，所述纳米二氧化钛为锐钛矿型或金红石型，所述固化剂是固化剂T-31；
（3）将步骤（1）晾干后的织物网浸入步骤（2）分散好的混合液中，随后取出在室温下晾干固化；或将步骤（2）分散好的混合液喷涂于步骤（1）晾干后的织物网表面，然后在室温下晾干固化，即得到具有自清洁功能的超疏水超亲油油水分离网膜。
本发明通过聚合物与无机纳米材料复合形成具有超疏水性界面，提供了一种材料易得，造价低，稳定性好，适于大规模制备与应用的在100～400目的织物网的表面涂覆一薄层环氧树脂/二氧化钛复合固化膜的具有自清洁功能的超疏水超亲油油水分离网膜。本发明公开的超疏水超亲油油水分离网膜使聚合物/无机复合材料表面同时具有超疏水与超亲油性质，赋予织物网以理想的油水分离效能，且在阳光紫外线作用下可实现自清洁。本发明所述的超疏水超亲油油水分离网膜的制备方法中制备原料易得，方法简单，成本低，极适于规模化生产与应用，制得的超疏水超亲油油水分离网膜自清洁性可有效保持网膜的使用性能，提高了使用寿命，具有广泛的应用领域和社会效益及经济价值。
具体实施方式
为易于进一步理解本发明，以下将用实施例对本发明作进一步阐述。这些实施例具有一定的代表性，但不能囊括本发明所述全部保护范围，仅用于更加清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围。
实施例1
（1）将200目的铜网浸入无水乙醇中进行超声清洗，常温晾干；
（2）将E-44型环氧树脂（6101）、稀释剂（甲苯/丙酮体积比为2:1）、锐钛矿型纳米二氧化钛粉末（平均粒径5～10纳米）与固化剂T-31按1:20:6:0.5的比例混合，超声均匀分散制得混合液；
（3）将铜网浸入步骤（2）得到的混合液中，取出在室温下晾干固化，即得到具有自清洁功能的超疏水超亲油油水分离网膜。
实验证实：该铜网膜与水的接触角大于150°，与正己烷的接触角小于5°，对油水混合物可实现快速高效分离，并具有良好的自清洁功能，稳定性好，耐久性强。
实施例2
（1）将200目的铜网浸入无水乙醇中进行超声清洗，常温晾干；
（2）将E-44型环氧树脂（6101）、稀释剂（甲苯/丙酮体积比为2:1）、锐钛矿型纳米二氧化钛粉末（平均粒径5～10纳米）与固化剂T-31按1:20:6:0.5的比例混合，超声均匀分散制得混合液；
（3）利用喷雾器将步骤（2）得到的混合液喷涂于铜网表面，并在室温下晾干固化，即得到具有自清洁功能的超疏水超亲油油水分离网膜。
实验证实：该铜网膜与水的接触角大于150°，与正己烷的接触角小于5°，对油水混合物可实现快速高效分离，并具有良好的自清洁功能，稳定性好，耐久性强。
实施例3
（1）将200目的铜网浸入无水乙醇中进行超声清洗，常温晾干；
（2）将E-44型环氧树脂（6101）、稀释剂（甲苯/丙酮体积比为2:1）、金红石型纳米二氧化钛粉末（平均粒径5～10纳米）与固化剂T-31按1:20:6:0.5的比例混合，超声均匀分散制得混合液；
（3）将铜网浸入步骤（2）得到的混合液中，取出在室温下晾干固化，即得到具有自清洁功能的超疏水超亲油油水分离网膜。
实验证实：该铜网膜与水的接触角大于150°，与正己烷的接触角小于5°，对油水混合物可实现快速高效分离，并具有较好的自清洁功能（效果略低于实施例1），稳定性好，耐久性强。
实施例4
（1）将200目的铜网浸入无水乙醇中进行超声清洗，常温晾干；
（2）将E-44型环氧树脂（6101）、稀释剂（甲苯/丙酮体积比为2:1）、金红石型纳米二氧化钛粉末（平均粒径5～10纳米）与固化剂T-31按1:20:6:0.5的比例混合，超声均匀分散制得混合液；
（3）利用喷雾器将步骤（2）得到的混合液喷涂于铜网表面，并在室温下晾干固化，即得到具有超疏水与超亲油功能的油水分离网膜。
实验证实：该铜网膜与水的接触角大于150°，与正己烷的接触角小于5°，对油水混合物可实现快速高效分离，并具有较好的自清洁功能（效果略低于实施例2），稳定性好，耐久性强。
实施例5
（1）将300目的铜网浸入无水乙醇中进行超声清洗，常温晾干；
（2）将E-44型环氧树脂（6101）、稀释剂（甲苯/丙酮体积比为2:1）、锐钛矿型纳米二氧化钛粉末（平均粒径5～10纳米）与固化剂T-31按1:20:6:0.5的比例混合，超声均匀分散制得混合液；
（3）将铜网浸入步骤（2）得到的混合液中，取出在室温下晾干固化，即得到具有自清洁功能的超疏水超亲油油水分离网膜。
实验证实：该铜网膜与水的接触角大于150°，与正己烷的接触角小于5°，对油水混合物可实现快速高效分离，并具有较好的自清洁功能，稳定性好，耐久性强。
实施例6
（1）将300目的尼龙网浸入无水乙醇中进行超声清洗，常温晾干；
（2）将E-44型环氧树脂（6101）、稀释剂501（丁基缩水甘油醚）、锐钛矿纳米二氧化钛粉末（平均粒径5～10纳米）与固化剂T-31按1:30:4:0.5的比例混合，超声均匀分散制得混合液；
（3）将尼龙网浸入步骤（2）得到的混合液中，取出在室温下晾干固化，即得到具有自清洁功能的超疏水超亲油油水分离网膜。
实验证实：该尼龙网膜与水的接触角大于150°，与石油醚（沸点60～90℃）的接触角小于5°，对油水混合物可实现快速高效分离，并具有良好的自清洁功能，稳定性好，耐久性强。
实施例7
（1）将300目的尼龙网浸入无水乙醇中进行超声清洗，常温晾干；
（2）将E-44型环氧树脂（6101）、稀释剂501（丁基缩水甘油醚）、锐钛矿纳米二氧化钛粉末（平均粒径5～10纳米）与固化剂T-31按1:30:4:0.5的比例混合，超声均匀分散制得混合液；
（3）利用喷雾器将步骤（2）得到的混合液喷涂于尼龙网表面，并在室温下晾干固化，即得到具有自清功能的超疏水超亲油油水分离网膜。
实验证实：该尼龙网膜与水的接触角大于150°，与石油醚（沸点60～90℃）的接触角小于5°，对油水混合物可实现快速高效分离，并具有良好的自清洁功能，稳定性好，耐久性强。
实施例8
（1）将300目的涤纶网浸入无水乙醇中进行超声清洗，常温晾干；
（2）将E-44型环氧树脂（6101）、稀释剂501（丁基缩水甘油醚）、锐钛矿纳米二氧化钛粉末（平均粒径5～10纳米）与固化剂T-31按1:20:6:0.5的比例混合，超声均匀分散制得混合液；
（3）将涤纶网浸入步骤（2）得到的混合液中，取出在室温下晾干固化，即得到具有自清洁功能的超疏水与超亲油油水分离网膜。
实验证实：该涤纶网膜与水的接触角大于150°，与石油醚（沸点60～90℃）的接触角小于5°，对油水混合物可实现快速高效分离，并具有良好的自清洁功能，稳定性好，耐久性强。
实施例9
（1）将300目的不锈钢网浸入无水乙醇中进行超声清洗，常温晾干；
（2）将E-44型环氧树脂（6101）、稀释剂501（丁基缩水甘油醚）、锐钛矿型纳米二氧化钛粉末（平均粒径5～10纳米）与固化剂T-31按1:30:6:0.5的比例混合，超声均匀分散制得混合液；
（3）利用喷雾器将步骤（2）得到的混合液喷涂于不锈钢网表面，并在室温下晾干固化，即得到具有超疏水与超亲油功能的油水分离网膜。
实验证实：该不锈钢网与水的接触角大于150°，与石油醚（沸点60～90℃）的接触角小于5°，对油水混合物可实现快速高效分离，并具有良好的自清洁功能，稳定性好，耐久性强。

Claims (5)

1.一种具有自清洁功能的超疏水超亲油油水分离网膜，是以织物网为载体在其表面涂覆一层复合固化膜制得；其特征在于：所述织物网是铜网、尼龙网、涤纶网或不锈钢网，其孔径均为100～400目，所述复合固化膜是将环氧树脂、稀释剂、纳米二氧化钛粉末与固化剂按质量比1:10～50:1～10:0.1～1的比例混合制得，其中所述稀释剂是C12-14脂肪缩水甘油醚、丁基缩水甘油醚或体积比为2:1的甲苯/丙酮，所述纳米二氧化钛为锐钛矿型或金红石型，所述固化剂是固化剂T-31。
2.根据权利要求1所述的具有自清洁功能的超疏水超亲油油水分离网膜，其特征在于：所述织物网是铜网或尼龙网，其孔径均为200～300目；所述环氧树脂是E-44型环氧树脂，所述稀释剂是体积比为2:1的甲苯/丙酮，所述纳米二氧化钛为锐钛矿型、粉末状、平均粒径为5～10纳米的二氧化钛。
3.根据权利要求1或2所述的具有自清洁功能的超疏水超亲油油水分离网膜，其特征在于：所述环氧树脂、稀释剂、纳米二氧化钛粉末与固化剂的质量比为1:20～40:2～6:0.2～0.5。
4.根据权利要求3所述的具有自清洁功能的超疏水超亲油油水分离网膜，其特征在于：所述环氧树脂、稀释剂、纳米二氧化钛粉末与固化剂的质量比为1:20:6:0.5或1:30:4:0.5。
5.权利要求1所述具有自清洁功能的超疏水超亲油油水分离网膜的制备方法，步骤是：
(1)将孔径均为100～400目的铜网、尼龙网、涤纶网或不锈钢网浸入无水乙醇中进行超声清洗，常温晾干；
(2)将环氧树脂、稀释剂、纳米二氧化钛粉末与固化剂按质量比1:10～50:1～10:0.1～1的比例混合，超声均匀分散制得混合液；其中所述稀释剂是C12-14脂肪缩水甘油醚、丁基缩水甘油醚或体积比为2:1的甲苯/丙酮，所述纳米二氧化钛为锐钛矿型或金红石型，所述固化剂是固化剂T-31；
(3)将步骤(1)晾干后的织物网浸入步骤(2)分散好的混合液中，随后取出在室温下晾干固化；或将步骤(2)分散好的混合液喷涂于步骤(1)晾干后的织物网表面，然后在室温下晾干固化，即得到具有自清洁功能的超疏水超亲油油水分离网膜。
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