CN106745506B - 一种抗污染超亲水的油水分离网的制备方法 - Google Patents

一种抗污染超亲水的油水分离网的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及环保新材料技术领域，特别是一种抗污染超亲水的油水分离网的制备方法，包括以下步骤：将氧化石墨加入到有机溶剂中，得到氧化石墨烯溶液；向氧化石墨烯溶液中加入成膜材料，搅拌均匀；再加入交联剂和表面活性剂，加热后得到聚合物溶液；将不锈钢网浸泡聚合物溶液中，加热干燥，得到抗污染超亲水的油水分离网。本发明制备的油水分离网具有抗污染、机械强度大、油水动态分离效果明显、制备成本廉价等特点，在特殊浸润性界面技术领域有很好的商业前景。

Description

一种抗污染超亲水的油水分离网的制备方法
技术领域
本发明涉及环保新材料技术领域，特别是一种抗污染超亲水的油水分离网的制备方法。
背景技术
近些年发生的水体污染事件中大多数为油类污染，含油废水未经处理就任意排放，不仅对生态环境安全造成了影响，同时也对于油类资源的回收利用造成了浪费。利用固体表面对液体的特殊浸润性进行油水分离成了当今研究热点，特殊浸润性分离过滤网膜的使用已逐渐成为目前国内外解决污水处理及油品净化的主要措施。但目前通过这个技术制备出的油水分离网膜，都会存在易受油类污染、重复使用性差、制备成本较高的问题。
发明内容
本发明为了克服上述技术问题的不足，提供了一种抗污染超亲水的油水分离网的制备方法，本发明利用氧化石墨烯亲水性和机械强度高的特性，增强高分子聚合物的亲水性和韧性，制备出产品具有抗污染的特点，可用于油或者有机溶剂与水混合物的高效动态分离。氧化石墨烯是一种具有蜂窝状二维晶体结构的碳材料，它本身具有丰富的含氧官能团、良好的机械稳定性以及超高的比表面积，近年来在各个领域都有广泛的应用前景。
解决上述技术问题的技术方案如下：
一种抗污染超亲水的油水分离网的制备方法，包括以下步骤：
(1)将氧化石墨加入到有机溶剂中，通过细胞粉碎机超声振荡，得到氧化石墨烯溶液；
(2)向上述氧化石墨烯溶液中加入成膜材料，搅拌均匀；
(3)向步骤(2)得到的混合溶液中加入交联剂和表面活性剂，加热至一定温度，边加热边搅拌，得到聚合物溶液；
(4)将不锈钢网浸泡在步骤(3)所述的聚合物溶液中，加热干燥，得到抗污染超亲水的油水分离网。
进一步地，步骤(1)中所述的氧化石墨烯溶液含氧化石墨溶质的质量分数为0.01％～2％，所述的有机溶剂为乙醇、甲醇、二甲基亚砜或乙酸乙酯中的至少一种。
进一步地，步骤(2)中所述的成膜材料为聚丙烯酸(PAA)、聚乙二醇(PEG)、聚酰胺(PA)、聚乙烯醇(PVA)或聚乙烯吡咯烷酮(PVP)中的至少一种。
进一步地，步骤(2)中混合溶液中含成膜材料的质量分数为5％～40％。
进一步地，步骤(3)中所述的交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺、2,2-双[4-(2,3-环氧丙氧基)苯基]丙烷或2,5-二甲基-2,5-二叔丁基过氧化己烷中的至少一种；聚合物溶液中含有交联剂的质量分数为0.05％～10％。
进一步地，步骤(3)中所述的表面活性剂为聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段共聚物、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠或重烷基苯磺酸盐中的至少一种；聚合物溶液中含有表面活性剂的质量分数为0.05％～10％。
进一步地，步骤(3)中加热温度为50℃～200℃，搅拌速率为300r/min～2600r/min。
进一步地，步骤(4)中的加热温度为50℃～200℃。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
现有的产品中，大多是用铜网、有机/无机滤膜、纤维网、活性炭等作为油水分离材料。这些材料有的是采用物理性阻隔方法，利用材料本身的亲水/亲油的性质将油/水分离出去，但是此类材料存在易受污染、稳定性差、成本较高等问题；有的具有一定吸附作用，将油/水通过吸附的方式除去，但是此类材料存在分离效果不明显、重复使用性差等问题。本发明制备的油水分离网具有抗污染、机械强度大、油水动态分离效果明显、制备成本廉价等特点，在特殊浸润性界面技术领域有很好的商业前景。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为实施例1中抗污染超亲水的油水分离网的扫描电镜图片；
图2为实施例1中抗污染超亲水的油水分离网对水滴和油滴的浸润性的光学照片；
图3为实施例1中抗污染超亲水的油水分离网对水中油滴的接触角与滚动角；
图4为实施例1的油水分离网在油或有机溶剂中浸泡12小时后用于油水分离的效果图。
具体实施方式
实施例1：
(1)400目的不锈钢网先后浸入乙醇中超声清洗5min，用醋酸水溶液浸泡超声5min，去除表面的杂质和颗粒，增加其粗糙度，常温下晾干，得到处理后的不锈钢网；
(2)常温下，在100ml的烧杯中加入50g的乙醇和0.025g的氧化石墨，利用细胞粉碎机超声振荡，得到质量分数为0.05％的氧化石墨烯溶液，再加入2.5g的PAA，配成质量分数为5％的PAA的氧化石墨烯溶液；
(3)再向步骤(2)中的PAA的氧化石墨烯溶液加入质量分数为0.05％的N,N-亚甲基双丙烯酰胺和0.05％的聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段共聚物，通过磁力搅拌器加热搅拌，加热温度为50℃，搅拌速率为300r/min，得到的聚合物溶液；
(4)将步骤(1)中的处理后的不锈钢网浸泡在步骤(3)中的聚合物溶液里1min，取出后放置在烘箱中50℃干燥，得到抗污染超亲水的油水分离网。
图1为本实施例中制备的抗污染超亲水的油水分离网的扫描电镜图片，从图1-A中可以看出，抗污染超亲水的油水分离网的网孔没有阻挡，这可以保证了油水混合物的通过速率；从图1-B中可以看出在抗污染超亲水的油水分离网的钢丝表面裹附一层亲水的具有微米级孔径薄膜，这层薄膜具有很好的保湿性，能够提高油水分离的效果；从图1-C中可以看出在抗污染超亲水的油水分离网的钢丝表面裹附的薄膜表面凹凸不平，这是由于氧化石墨烯为二维片层结构，具有一定的褶皱形状，氧化石墨烯具有很强的亲水性，大大提高了油水分离网表面高分子聚合物的亲水能力，这些都使得油类或有机溶剂在油水分离过程中很难粘附在油水分离网的表面，同时氧化石墨烯本身的机械强度高，掺杂后可以提高油水分离网表面高分子聚合物的韧性，增强油水分离网的机械稳定性。
图2为本实施例中制备的抗污染超亲水的油水分离网对水滴和油滴的浸润性的光学照片，从图中可以看出水滴平铺在抗污染超亲水的油水分离网表面，说明该抗污染超亲水的油水分离网具有超亲水性；而油滴在抗污染超亲水的油水分离网表面并未铺展开，说明该抗污染超亲水的油水分离网具有疏油性。这是由于氧化石墨烯的掺杂对不锈钢网表面裹附的薄膜进一步的改性，利用氧化石墨烯表面含有丰富的含氧官能团，而使得本发明制备出的油水分离网具有超亲水性。
图3为本实施例中制备的抗污染超亲水的油水分离网对水中油滴的接触角与滚动角，从图中可以看出本实施例中制备的抗污染超亲水的油水分离网对水中油滴的接触角约为140°，滚动角约为10°。说明了该油水分离网在油水分离过程中表现出水下超疏油的特性，这是由于不锈钢网表面裹附的高分子聚合物在掺杂石墨烯后，其表面更加粗糙，油污无法附着到油水分离网的表面。
图4为本实施例在油或有机溶剂中浸泡12小时后用于油水分离的效果图，从图中可以看出，本实施例中制备的抗污染超亲水的油水分离网长时间接触油类或有机溶剂后，仍然能够保持良好的油水分离效果，与市场现有的油水分离产品相比其抗污染性能优秀，这是由于掺杂了氧化石墨烯后，不锈钢网表面的高分子聚合物的机械强度大大提高，保证了本产品在实际应用过程中能够有效处理更多的复杂油水分离环境。
实施例2：
(1)80目的不锈钢网先后浸入乙醇中超声清洗5min，用醋酸水溶液浸泡超声5min，去除表面的杂质和颗粒，增加其粗糙度，常温下晾干，得到处理后的不锈钢网；
(2)常温下，在100ml的烧杯中加入50g的甲醇和0.5g的氧化石墨，利用细胞粉碎机超声振荡，得到质量分数为1％的氧化石墨烯溶液，再加入10g的PEG，配成质量分数为20％的PEG的氧化石墨烯溶液；
(3)再向步骤(2)中的PEG的氧化石墨烯溶液加入质量分数为5％的2,2-双[4-(2,3-环氧丙氧基)苯基]丙烷和5％的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠，通过磁力搅拌器加热搅拌，加热温度为100℃，搅拌速率为1000r/min，得到的聚合物溶液；
(4)将步骤(1)中的处理后的不锈钢网浸泡在步骤(3)中的聚合物溶液里1min，取出后放置在烘箱中100℃干燥，得到抗污染超亲水的油水分离网。
本实施例中制备的抗污染超亲水的油水分离网的扫描电镜图片；对水滴和油滴的浸润性的光学照片；对水中油滴的接触角与滚动角；在油或有机溶剂中浸泡12小时后用于油水分离的效果图，与实施例一中的附图相同。
实施例3：
(1)800目的不锈钢网先后浸入乙醇中超声清洗5min，用醋酸水溶液浸泡超声5min，去除表面的杂质和颗粒，增加其粗糙度，常温下晾干，得到处理后的不锈钢网；
(2)常温下，在100ml的烧杯中加入50g的二甲基亚砜和1g的氧化石墨，利用细胞粉碎机超声振荡，得到质量分数为2％的氧化石墨烯溶液，再加入20g的PA，配成质量分数为40％的PA的氧化石墨烯溶液；
(3)再向步骤(2)中的PA的氧化石墨烯溶液加入质量分数为10％的2,5-二甲基-2,5-二叔丁基过氧化己烷和10％的重烷基苯磺酸盐，通过磁力搅拌器加热搅拌，加热温度为200℃，搅拌速率为2600r/min，得到的聚合物溶液；
(4)将步骤(1)中的处理后的不锈钢网浸泡在步骤(3)中的聚合物溶液里1min，取出后放置在烘箱中200℃干燥，得到抗污染超亲水的油水分离网。
本实施例中制备的抗污染超亲水的油水分离网的扫描电镜图片；对水滴和油滴的浸润性的光学照片；对水中油滴的接触角与滚动角；在油或有机溶剂中浸泡12小时后用于油水分离的效果图，与实施例一中的附图相同。
实施例4：
(1)1000目的不锈钢网先后浸入乙醇中超声清洗5min，用醋酸水溶液浸泡超声5min，去除表面的杂质和颗粒，增加其粗糙度，常温下晾干，得到处理后的不锈钢网；
(2)常温下，在100ml的烧杯中加入50g的乙酸乙酯和0.5g的氧化石墨，利用细胞粉碎机超声振荡，得到质量分数为1％的氧化石墨烯溶液，再加入2.5g的PVA，配成质量分数为5％的PVA的氧化石墨烯溶液；
(3)再向步骤(2)中的PVA的氧化石墨烯溶液加入质量分数为3％的2,5-二甲基-2,5-二叔丁基过氧化己烷和1％的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠，通过磁力搅拌器加热搅拌，加热温度为95℃，搅拌速率为900r/min，得到的聚合物溶液；
(4)将步骤(1)中的处理后的不锈钢网浸泡在步骤(3)中的聚合物溶液里1min，取出后放置在烘箱中110℃干燥，得到抗污染超亲水的油水分离网。
本实施例中制备的抗污染超亲水的油水分离网的扫描电镜图片；对水滴和油滴的浸润性的光学照片；对水中油滴的接触角与滚动角；在油或有机溶剂中浸泡12小时后用于油水分离的效果图，与实施例一中的附图相同。
实施例5：
(1)1800目的不锈钢网先后浸入乙醇中超声清洗5min，用醋酸水溶液浸泡超声5min，去除表面的杂质和颗粒，增加其粗糙度，常温下晾干，得到处理后的不锈钢网；
(2)常温下，在100ml的烧杯中加入50g的乙醇和0.25g的氧化石墨，利用细胞粉碎机超声振荡，得到质量分数为0.5％的氧化石墨烯溶液，再加入7.5g的PVP，配成质量分数为15％的PVP的氧化石墨烯溶液；
(3)再向步骤(2)中的PVP的氧化石墨烯溶液加入质量分数为8％的2,2-双[4-(2,3-环氧丙氧基)苯基]丙烷和4％的重烷基苯磺酸盐，通过磁力搅拌器加热搅拌，加热温度为65℃，搅拌速率为1500r/min，得到的聚合物溶液；
(4)将步骤(1)中的处理后的不锈钢网浸泡在步骤(3)中的聚合物溶液里1min，取出后放置在烘箱中70℃干燥，得到抗污染超亲水的油水分离网。
本实施例中制备的抗污染超亲水的油水分离网的扫描电镜图片；对水滴和油滴的浸润性的光学照片；对水中油滴的接触角与滚动角；在油或有机溶剂中浸泡12小时后用于油水分离的效果图，与实施例一中的附图相同。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质上对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种抗污染超亲水的油水分离网的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将氧化石墨加入到有机溶剂中，通过细胞粉碎机超声振荡，得到氧化石墨烯溶液，所述的氧化石墨烯溶液含氧化石墨溶质的质量分数为0.01％～2％；
(2)向上述氧化石墨烯溶液中加入成膜材料，搅拌均匀；步骤(2)中混合溶液中含成膜材料的质量分数为5％～40％；
(3)向步骤(2)得到的混合溶液中加入交联剂和表面活性剂，加热至一定温度，边加热边搅拌，得到聚合物溶液，聚合物溶液中含有表面活性剂的质量分数为0.05％～10％，步骤(3)中加热温度为50℃～200℃，搅拌速率为300r/min～2600r/min；
(4)将不锈钢网浸泡在步骤(3)所述的聚合物溶液中，加热干燥，得到抗污染超亲水的油水分离网，步骤(4)中的加热温度为50℃～200℃。
2.根据权利要求1所述的抗污染超亲水的油水分离网的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的有机溶剂为乙醇、甲醇、二甲基亚砜或乙酸乙酯中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的抗污染超亲水的油水分离网的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述的成膜材料为聚丙烯酸(PAA)、聚乙二醇(PEG)、聚酰胺(PA)、聚乙烯醇(PVA)或聚乙烯吡咯烷酮(PVP)中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的抗污染超亲水的油水分离网的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述的交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺、2,2-双[4-(2,3-环氧丙氧基)苯基]丙烷或2,5-二甲基-2,5-二叔丁基过氧化己烷中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的抗污染超亲水的油水分离网的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述的表面活性剂为聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段共聚物、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠或重烷基苯磺酸盐中的至少一种。
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