CN108786183B - 一种用于油水分离的超疏水-超亲油网的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于油水分离的超疏水‑超亲油网的制备方法。本发明制备过程简单，仅需将铜网在水泥浆中浸没一段时间，取出晾干后用低表面能物质修饰即可。本发明的水泥网材料具有良好的超疏水和超亲油性，对水的接触角大于150°，对油的接触角为0°。该水泥网的超疏水‑超亲油性使得水无法通过网，而油可由网上的微细孔通过，进而实现过滤分离。水泥网对正己烷、柴油、花生油、润滑油等的油水混合物均能实现90％以上的收集率。该水泥网具有较强的耐用性，经反复弯折50次后仍具有较好的疏水性，且可循环分离油水混合物20次以上。可被应用于海面溢油、含油污水等的分离回收。

Description

一种用于油水分离的超疏水-超亲油网的制备方法

技术领域

本发明涉及一种用于油水分离的超疏水-超亲油网的制备方法，具体涉及一种可用于油水混合物分离的工艺简单且耐用性强的超疏水-超亲油网制备方法。

背景技术

在石油的开采、加工和运输过程中原油泄漏事件频繁发生。在石油的炼制、机械加工、固态燃料加工等工业生产的过程中也会产生大量的含油废水。有效地处理含油废水对水资源的节约和生态环境的保护均具有重要意义。

对水和油具有不同浸润性的极端润湿性材料可高效地分离油水混合物，因而关于极端润湿性材料制备方法的研究也越来越多。但是目前公开的极端润湿性材料的制备方法往往存在工艺较复杂，效率较低，生产成本较高，涉及强酸、强碱、重金属溶液的使用等问题。《应用表面科学》(Applied Surface Science，2012年261期561页)报道了一种通过层层自组装法制备超疏水-超亲油棉纤维的方法。先将棉纤维置于二甲基二烯丙基氯化铵聚合物的水溶液中，获得沉积的基底，然后再将清洗过的该棉纤维置于带负电的二氧化硅纳米颗粒水溶液中，烘干并低表面能修饰后可获得超疏水-超亲油棉纤维。该制备方法工艺复杂，操作性差。英国皇家化学学会《材料化学学报A》(Journal of Materials Chemistry A，2017年5期10821页)和《纳米学报》(Nanoscale，2017年9期14229页)分别报道了用1000℃的高温在镍网上生长超亲水的NiO纳米颗粒和用飞秒激光在不锈钢网上构建超亲水的微纳米结构的方法，这两种制备方法均具有生产效率较低、生产成本较高、难以大规模应用的缺点。美国化学学会《应用材料与界面》(ACS Applied Materials&Interfaces，2009年1卷11期2613页)报道了一种将普通铜网置于HNO₃溶液中刻蚀，使光滑的铜网表面变得粗糙，并经过进一步的低表面能修饰后获得超疏水-超亲油铜网的油水分离材料的制备方法。但该方法使用的浓硝酸溶液不仅危险，也不利于环境的保护。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简单易行、耐用性强的超疏水-超亲油油水分离材料的制备方法。

本发明的技术方案：

一种用于油水分离的超疏水-超亲油网的制备方法，步骤如下：

将铜网浸没于配制好的水泥浆中，与水泥浆充分接触后将铜网取出晾干，经氟硅烷的乙醇溶液低表面能修饰，得到对水的接触角大于150°、对油的接触角为0°的超疏水-超亲油油水分离网；得到的超疏水-超亲油水泥网，超疏水、超亲油性使得水被阻隔，而油则可经微观间隙通过，因此可实现油水混合物的过滤分离。

所述的铜网为30目铜网。

所述的水泥浆为水、乳液型水性石材防护剂DC-30、普通硅酸盐水泥按照质量比为0.9:1.1:2混合而成。

所述的氟硅烷乙醇溶液的浓度为0.05mol/L。

本发明的有益效果：

(1)本发明的超疏水-超亲油油水分离材料的制备工艺简单易行，只需将铜网蘸上水泥浆后晾干，再用氟硅烷乙醇溶液修饰后，即可实现油水分离材料的制备。

(2)本发明的油水分离材料适用范围广，收集效率高。对含有正己烷、柴油、花生油和润滑油的油水混合物均能实现90％以上的油收集率。

(3)本发明的油水分离材料耐用性强。分离材料可承受至少50次的弯折，且可保持高效率地循环分离油水混合物20次以上。

附图说明

图1是水泥网的扫描电镜照片。

图2是本发明实施例中对不同油水混合物的油收集效率。

图3是本发明实施例中分离油水混合物20次的效率。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施方案和使用方法做进一步的描述。

本发明公开了一种油水分离材料的制备方法，包括以下步骤：

将普通硅酸盐水泥、乳液型水性石材防护剂DC-30与水按照一定比例混合，搅拌均匀，得到水泥浆；

将剪为合适大小的商品化铜网放入水泥浆中，蘸上水泥后取出；

将沾有水泥的铜网置于通风处自然晾干，经氟硅烷乙醇溶液修饰后，得到可用于油水分离的超疏水-超亲油水泥网。

为提高用于油水分离的水泥组分面积，同时保证超疏水-超亲油水泥网的强度，经优选的，铜网目数为30目。

为使形成的水泥网具有合适的厚度和孔隙大小，经优选的，自来水、乳液型水性石材防护剂DC-30、普通硅酸盐水泥按照质量比为0.9:1.1:2.0。

为使制备的水泥网既具有较好的超疏水性又减少氟硅烷的使用，经优选的，氟硅烷乙醇溶液的浓度为0.05mol/L。

实施例

实施例1

称取20g水泥于塑料培养皿中，缓缓加入9g水和11g乳液型水性石材防护剂DC-30并机械搅拌，待混合物中无明显颗粒与块状结构后停止搅拌，得到均匀的水泥浆。

将铜网剪成直径5cm大小的圆形，用洗涤剂、去离子水等清洗，将该网置于水泥浆中30s，用镊子缓慢拉出，使其均匀地蘸上水泥浆。

将沾有水泥的铜网置于窗口处通风，干燥6h后于0.05mol/L的氟硅烷乙醇溶液中浸泡30min，取出晾干，可获得超疏水-超亲油水泥网。

以下实施例中用于油水分离的超疏水-超亲油水泥网均按实施例1的方法进行制备。

实施例2

将所述超疏水-超亲油水泥网制成1cm×1cm大小的样片进行扫描电镜观察，结果如图1所示，其表面的微观粗糙结构及低表面能修饰物质使其具有超疏水-超亲油性能，微小的孔隙使其能够让油通过，实现过滤功能。

对所述超疏水-超亲油水泥网进行水接触角和油接触角测试：水滴在水泥网表面呈现近球状，接触角约为154°，可见水泥网具有良好的超疏水效果；将油滴滴到水泥网表面时，油滴会在0.65s内迅速铺展并浸润水泥网表面，接触角约为0°，可见水泥网具有良好的超亲油效果。水泥网对水和油的不同浸润性使其可用于油水分离。

实施例3

过滤分离油水混合物的装置搭建过程如下所述：将超疏水-超亲油水泥网置于两个高度均为60cm且有法兰的亚克力管之间，用燕尾夹夹紧后固定于铁架台上，烧杯置于装置下方用于收集分离物。

将20mL轻油与5mL水在另一烧杯中混合。

将可视化的油水过滤装置倾斜20°，使得轻油在分离的过程中始终可接触到水泥网。将轻油与水的混合物倒入分离装置时，会有部分轻油先接触该超疏水-超亲油水泥网，并在其表面铺展开、渗透过去，随后而来的水虽然会阻断部分水泥网与轻油的接触面积，但是不会影响整个分离过程。约1min后，混合物的油全部流入收集烧杯中，水由于水泥网的超疏水效果而留在装置上方的亚克力管中，混合物中的油、水组分分离。

使用该方法对正己烷、柴油、花生油、润滑油与水的混合物进行分离，并将收集到的油的质量和加入油水混合物中的油的质量进行比较，计算收集效率，结果如图2所示。从图2可以看出，本发明涉及的超疏水-超亲油水泥网对正己烷、柴油、花生油、润滑油与水混合物中油的分离收集效率均大于90％。

使用该方法分离正己烷/水的混合物20次的分离效率如图3所示，分离效率均在90％以上。

实施例4

将制备的超疏水-超亲油水泥网反复弯折50次，弯折角度为0°到360°。弯折后的水泥网表面仍完整，且仍具有较好的超疏水性，水滴在该表面上仍呈现近球状，接触角可达153°。

本发明分离对象不限于本实施例提到的油类，对于原油、非极性有机溶剂等也能达到收集目的。

本发明应用不限于本实施例采用的分离装置，所述的超疏水-超亲油水泥网在任何能使油水混合物流过的密封装置上均能发挥作用。

Claims (1)

1.一种用于油水分离的超疏水-超亲油网的制备方法，其特征在于，步骤如下：

将铜网浸没于配制好的水泥浆中，与水泥浆充分接触后将铜网取出晾干，经氟硅烷的乙醇溶液低表面能修饰，得到对水的接触角大于150°、对油的接触角为0°的超疏水-超亲油油水分离网；

所述的水泥浆为水、乳液型水性石材防护剂DC-30、普通硅酸盐水泥按照质量比为0.9:1.1:2混合而成；所述的氟硅烷乙醇溶液的浓度为0.05mol/L；所述的铜网为30目铜网。

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