CN106861435A - 一种用于油水乳液分离的聚丙烯腈仿生薄膜的制备方法 - Google Patents

一种用于油水乳液分离的聚丙烯腈仿生薄膜的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于仿生薄膜制备技术领域，特别涉及用聚丙烯腈粉制备效率高、流速快、抗污能力强的超滤膜的方法。本发明包括了支撑体的清洗、聚合物溶液的制备、非溶剂的制备、膜的制备等步骤。所得薄膜表面在空气中对水的接触角小于1°，在水下对油的接触角大于150°、滚动角小于5°。同时所制备的薄膜能快速有效的分离多种水包油乳液。本发明制备工艺简单，原料易得，成本低廉，适合大面积制备，适用于自来水厂，化工厂，污水处理厂等场合。

Description

一种用于油水乳液分离的聚丙烯腈仿生薄膜的制备方法
技术领域
本发明属于仿生薄膜制备技术领域，特别涉及用聚丙烯腈粉制备效率高、流速快、抗污能力强的超滤膜的方法。
背景技术
超亲水/水下超疏油现象在自然界非常广泛，如蛤壳、鱼鳞、猪笼草叶等。超亲水/水下超疏油表面一般指材料表面对水的接触角小于10°，在水下对油的接触角大于150°、滚动角小于10°的表面。超疏水表面具有很多独特的表面性能：亲水、自清洁性、低摩擦系数、抗污等特性，使得其在众多领域都具有巨大的应用前景。
超亲水/水下超疏油的仿生聚丙烯腈薄膜，具有良好的亲水性、水下超疏油性、出色的分离效率和抗污能力，将其用来分离油水乳液，可以在膜的表面形成一层水膜，允许水通过，阻止油通过，从而实现有效地分离油水乳液。
发明内容
本发明的目的是提供一种简单、方便的工业化生产仿生聚丙腈薄膜的方法，解决传统聚丙烯腈薄膜分离效率低，流速慢，易污染的问题。将聚合物溶液用刮刀平刮到支撑体上，然后一并放入非溶剂中进行凝固浴，得到超亲水/水下超疏油的仿生聚丙烯腈薄膜。
实现本发明目的的技术方案是：一种用于油水乳液分离的聚丙烯腈仿生薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1.支撑体的清洗：将支撑体依次用不同极性大小的溶剂清洗，然后60℃干燥1h；
2.聚合物溶液的制备：将一定量的聚丙烯腈粉加入有机溶剂中，搅拌2～4h，配成50g/L的聚合物溶液；
3.非溶剂的制备：将一定量的盐酸羟胺加入水中，超生5min配成0.05g～0.15g/L的盐酸羟胺溶液，再加入氢氧化钠将溶液的pH值调至7左右；
4.膜的制备：用刮刀将步骤B得到的聚合物溶液刮到步骤A中的支撑体上形成溶液薄膜，然后将支撑体与溶液薄膜一并放入步骤C得到的非溶剂中，40℃反应2～3h，然后将薄膜用纯净水洗涤，放在空气中干燥12h。
进一步地，步骤1中，所述的支撑体为厚度为1mm的氧化铝陶瓷片。
进一步地，步骤1中，所述的不同极性大小的溶剂分别为丙酮、乙醇、纯净水。
进一步地，步骤2中，所述的聚丙烯腈粉由上海迈瑞尔化学技术有限公司生产。
进一步地，步骤2中，所述的有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明的优点在于：
1.工艺简单、原料易得、成本低；
2.制备的超亲水/水下超疏油放生聚丙烯腈薄膜，流速快、抗污能力强、分离效率高，可重复使用性好。
附图说明
图1：实施例1所得聚丙烯腈薄膜的扫描电镜图，其中：图a)是所得聚丙烯腈薄膜正面的扫描电镜图，图b)是所得聚丙烯腈薄膜截面的扫描电镜图，图c)所得聚丙烯腈薄膜反面的扫描电镜图。
图2：实施例1所得聚丙烯腈薄膜在空气中水的接触角(图a)所示)，在水下油的接触角(图b)所示)和滚动角(图c)所示)。
图3：实施例1所得聚丙腈薄膜分离多种水包油乳液的流速。
图4：实施例1所得聚丙烯腈薄膜的抗污循环图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样在本申请所列权利要求书限定范围之内。
实施例1
(1)支撑体的清洗：
将氧化铝陶瓷片依次用丙酮、乙醇、纯净水超声清洗5min并干燥，以除去支撑体表面附着的各种杂质。
(2)聚合物溶液的制备：
将0.5g上海迈瑞尔化学技术有限公司生产的聚丙烯腈粉加入10mL N-甲基吡咯烷酮中，搅拌2h，配成50g/L的聚合物溶液。
(3)非溶剂的制备：
将5g盐酸羟胺加入100mL水中，超生5min配成0.05g/L的盐酸羟胺溶液，再加入2.5mol/L氢氧化钠将溶液调节pH值至7左右。
(4)膜的制备：
用刮刀将步骤B得到的聚合物溶液刮到步骤A中的氧化铝陶瓷片上形成溶液薄膜，然后将氧化铝陶瓷片与溶液薄膜一并放入步骤C得到的盐酸羟胺溶液(0.05g/L，pH＝7左右)中，40℃反应2h，然后将所得薄膜用纯净水洗涤，放在空气中干燥12h。
所得膜的扫描电镜如图1所示。纳米颗粒致密地积聚在膜的正面，为其构建微纳米表面粗糙度，从而使膜正面达到超亲水/水下超疏油，如图2所示；膜的截面为非对称的指状孔洞结构；微纳米级地孔洞均一地分布在膜的反面。如图3所示，所得膜对多种水包油乳液的分离速度均达到2000Lm-2h-1bar-1；如图4所示，经过10次抗污循环测试，所得膜对乳液的分离速度依然保持不变，说明其具有出色的防污能力和较长的使用寿命。
实施例2
(1)支撑体的清洗：
将氧化铝陶瓷片依次用丙酮、乙醇、纯净水超声清洗5min并干燥，以除去支撑体表面附着的各种杂质。
(2)聚合物溶液的制备：
将1g上海迈瑞尔化学技术有限公司生产的聚丙烯腈粉加入20mL N-甲基吡咯烷酮中，搅拌2.5h，配成50g/L的聚合物溶液。
(3)非溶剂的制备：
将10g盐酸羟胺加入100mL水中，超生5min配成0.1g/L的盐酸羟胺溶液，再加入2.5mol/L氢氧化钠将溶液调节pH值至7左右。
(4)膜的制备：
用刮刀将步骤B得到的聚合物溶液刮到步骤A中的氧化铝陶瓷片上形成溶液薄膜，然后将氧化铝陶瓷片与溶液薄膜一并放入步骤C得到的盐酸羟胺溶液(0.1g/L，pH＝7左右)中，40℃反应2.5h，然后将所得薄膜用纯净水洗涤，放在空气中干燥12h。
实施例3
(1)支撑体的清洗：
将氧化铝陶瓷片依次用丙酮、乙醇、纯净水超声清洗5min并干燥，以除去支撑体表面附着的各种杂质。
(2)聚合物溶液的制备：
将2g上海迈瑞尔化学技术有限公司生产的聚丙烯腈粉加入40mL N-甲基吡咯烷酮中，搅拌2h，配成50g/L的聚合物溶液.
(3)非溶剂的制备：
将15g盐酸羟胺加入100mL水中，超生5min配成0.15g/L的盐酸羟胺溶液，再加入2.5mol/L氢氧化钠将溶液调节pH值至7左右。
(4)膜的制备：
用刮刀将步骤B得到的聚合物溶液刮到步骤A中的氧化铝陶瓷片上形成溶液薄膜，然后将氧化铝陶瓷片与溶液薄膜一并放入步骤C得到的盐酸羟胺溶液(0.15g/L，pH＝7左右)中，40℃反应3h，然后将所得薄膜用纯净水洗涤，放在空气中干燥12h。
本发明的一种用于油水乳液分离的聚丙烯腈仿生薄膜的制备方法包括了支撑体的清洗、聚合物溶液的制备、非溶剂的制备、膜的制备等步骤。所得薄膜表面在空气中对水的接触角小于1°，在水下对油的接触角大于150°、滚动角小于5°。同时所制备的薄膜能快速有效的分离多种水包油乳液。本发明制备工艺简单，原料易得，成本低廉，适合大面积制备，适用于自来水厂，化工厂，污水处理厂等场合。
最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (5)

1.一种用于油水乳液分离的聚丙烯腈仿生薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1.支撑体的清洗：将支撑体依次用不同极性大小的溶剂清洗，然后60℃干燥1h；
2.聚合物溶液的制备：将一定量的聚丙烯腈粉加入有机溶剂中，搅拌2～4h，配成50g/L的聚合物溶液；
3.非溶剂的制备：将一定量的盐酸羟胺加入水中，超生5min配成0.05g～0.15g/L的盐酸羟胺溶液，再加入氢氧化钠将溶液的pH值调至7左右；
4.膜的制备：用刮刀将步骤B得到的聚合物溶液刮到步骤A中的支撑体上形成溶液薄膜，然后将支撑体与溶液薄膜一并放入步骤C得到的非溶剂中，40℃反应2～3h，然后将薄膜用纯净水洗涤，放在空气中干燥12h。
2.根据权利要求1所述的用于油水乳液分离的聚丙烯腈仿生薄膜的制备方法，其特征在于：步骤1中，所述的支撑体为厚度为1mm的氧化铝陶瓷片。
3.根据权利要求1所述的用于油水乳液分离的聚丙烯腈仿生薄膜的制备方法，其特征在于：步骤1中，所述的不同极性大小的溶剂分别为丙酮、乙醇、纯净水。
4.根据权利要求1所述的用于油水乳液分离的聚丙烯腈仿生薄膜的制备方法，其特征在于：步骤2中，所述的聚丙烯腈粉由上海迈瑞尔化学技术有限公司生产。
5.根据权利要求1所述的用于油水乳液分离的聚丙烯腈仿生薄膜的制备方法，其特征在于：步骤2中，所述的有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
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