CN108970418B - 一种超亲水水下超疏油的油水分离网的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于材料表面功能化改性技术领域，具体涉及具有超亲水水下超疏油性质的油水分离网膜的制备方法。该方法以400‑1800目的不锈钢网做为基底，采用水热法在不锈钢网丝上构建本身具有亲水性质的碳酸氧镧（La2O2CO3）微纳米结构，最后在550℃退火处理后，即可得到超亲水水下超疏油的不锈钢网。本发明操作简单，原材料简单易得，用于油水混合物分离可以重复使用，且不产生二次污染。

Description

一种超亲水水下超疏油的油水分离网的制备方法
技术领域
本发明属于材料表面功能化改性技术领域，具体涉及具有超亲水水下超疏油性质的油水分离网膜的制备方法和用途。
背景技术
在石油、化工、钢铁、焦化、家电、机械制造和食品加工等行业，凡是直接与油类接触的用水都含有油。据调查研究表明，全世界范围内每年大概有 32 亿吨的油进入到水体中形成含油废水，大量的含油废水对环境造成了巨大的危害，已成为困扰环境的一大挑战。常用于含油废水处理的传统方法主要有重力法、离心法、气浮法、吸附法，化学法、生物法及膜分离等。近年来，随着材料科学的发展基于特殊润湿性的膜材料引起了人们的广泛关注。
特殊润湿性的油水分离膜(Special wettable membranes for oil/waterseparation)分超疏水超亲油膜和超亲水超疏油膜两种。对于超疏水超亲油膜，由于膜的潜在亲油性，油滴及其他杂质很容易不可逆的吸附在超亲油膜表面上，造成膜污染，导致通量快速衰减，清洗过程中乳化油滴易在膜表面聚结铺展，造成膜长期重复使用性差以及二次污染。而采用相反的思路，制备超亲水超疏油膜，由于油滴与网膜不直接接触，能够有效避免上述问题，而更受青睐。
超亲水水下超疏油的制备通常采用亲水材料对膜进行亲水改性，改性后的膜表现出超亲水性能的同时具备优异的水下疏油性能。该改性材料通常使用亲水性强的有机物，如多巴胺、壳聚糖、聚偏氟乙烯等；光敏性亲水材料，如二氧化钛、氧化锌等。如何发展一种新的超亲水水下超疏油油水分离膜层成为了新的研究热点。
发明内容
本发明的目的是提供一种在不锈钢网表面制备超亲水水下超疏油膜的制备方法，该网膜能够进行油水分离，同时该网膜具有制备简单、经济的特点。
实现本发明目的的技术方案是：一种超亲水水下超疏油油水分离网的制备方法，其步骤如下：
（1）基底的前处理：不锈钢网依次浸入无水乙醇和去离子水中分别超声清洗，然后干燥备用；
（2）反应液的配制：将硝酸镧溶于去离子水中，形成硝酸镧溶液，再加入尿素，调节pH至2-7；
（3）膜层的制备过程：将所述步骤（1）中不锈钢网浸入添加有步骤（2）所制备的反应液的高压反应釜中，在一定温度下保温一定时间，自然冷却到室温，取出浸入去离子水清洗，干燥后于550℃ 退火处理，冷却后得到可用于油水分离的超亲水水下超疏油的油水分离网。
进一步地，所述步骤(1)中不锈钢网在无水乙醇和去离子水中的超声清洗时间均为10 min。
进一步地，所述步骤(2)中的硝酸镧溶液的浓度为 10～40 mmol/L，所述尿素与硝酸镧的物质的量比为 (3～10):1。
进一步地，所述步骤(3)中的水热反应时间为6～20 h，该过程反应温度为80～160℃。
进一步地，所述步骤(3)中的退火处理时间为 50～120 min。
步骤（1）中前处理工艺有助于后续步骤的实施，步骤（2）中所选用的硝酸镧及其溶液浓度、尿素的用量以及溶液的pH值对于最终产物的性质均起到重要的作用；步骤（3）中采用水热法在不锈钢网丝上构建本身具有亲水性质的微纳米结构，最后在550℃ 退火处理后,即可得到碳酸氧镧（La2O2CO3）涂敷的超亲水水下超疏油的不锈钢网；水热反应时间、温度、热处理温度以及时间都对最终产物的制得起到关键作用。
本发明的有益效果为：
本发明制备的油水分离网膜具有特殊的润湿性：空气中对水滴的接触角为0°，水下对油滴的接触角均大于150°。由于对油水两相相反的润湿性，当油水混合物经过水提前润湿的网膜时，水能够顺利通过网孔，而油由于受到水膜的斥力无法通过，滞留在油水分离网的上方，从而实现油水混合物的有效分离。
本发明制备的油水分离网膜对正己烷、石油醚、异辛烷、煤油、四氯化碳、食用油等多种油水混合物都表现出高的分离效率，均大于99％。本发明的网膜容易清洗，可重复使用。
本发明的油水分离网膜原材料廉价易得，制备过程简单，无有毒有害物质。
附图说明
图1是实例3所制备的油水分离网膜扫描电子显微镜(SEM)照片之一。
图2是实例3所制备的油水分离网膜扫描电子显微镜(SEM)照片之二。
图3是实例3所制备的油水分离网膜的XRD结果。
图4是实例3所制备的油水分离网膜空气中水滴的接触角。
图5是实例3所制备的油水分离网膜水下中油滴（四氯化碳）的接触角。
图6是实例3所制备的油水分离网膜用于油水分离的装置及分离后效果照片。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
(1)基底的前处理：将1000目不锈钢网分别在乙醇、去离子水中超声清洗10min，然后干燥备用；
(2)反应液的配制：将 0.346g六水硝酸镧溶于20 ml去离子水中，形成 40 mmol/L硝酸镧溶液，再加入10 ml 0.24 mol/L尿素，调节pH至2；
(3)膜层的制备过程：将所述（1）中不锈钢网浸入添加有反应液（2）的高压反应釜中，在80℃保温20 h，自然冷却到室温，取出吹干于550℃ 退火120 min处理。
实施例2
(1)基底的前处理：将800目不锈钢网分别在乙醇、去离子水中超声清洗10min，然后干燥备用；
(2)反应液的配制：将0.087 g六水硝酸镧溶于20 ml去离子水中，形成10 mmol/L硝酸镧溶液，再加入10 ml 0.10 mol/L尿素，调节pH至7；
(3)膜层的制备过程：将所述（1）中不锈钢网浸入添加有反应液（2）的高压反应釜中，在100℃保温12 h，自然冷却到室温，取出吹干于550℃ 退火100 min处理。
实施例3
(1)基底的前处理：将400目不锈钢网分别在乙醇、去离子水中超声清洗10min，然后吹干；
(2)反应液的配制：将0.130 g六水硝酸镧溶于20 ml去离子水中，形成15 mmol/L硝酸镧溶液，再加入10 ml 0.30 mol/L尿素，调节pH至3；
(3)膜层的制备过程：将所述（1）中不锈钢网浸入添加有反应液（2）的高压反应釜中，在160℃保温5 h，自然冷却到室温，取出吹干，于550℃ 退火100 min处理即可在不锈钢网表面制备碳酸氧镧（La2O2CO3）微纳米结构（如图3所示），所得的油水分离网孔径约40 μm（如图1和图2所示）。
(4) 制备的油水分离网在空气中对3 μL水的接触角为0° （如图4所示），水下对3μL油滴（四氯化碳）的接触角为154° （如图5所示）。
(5) 采用图6所示的实验装置对油水混合物进行了分离测试。将制备的超亲水水下超疏油网安装在装有玻璃管的装置中间。将正己烷和水混合物（体积比1:1）沿管壁倒入提前润湿的油水分离网，水1由于网的亲水性能够快速通过网，而正己烷2被网表面的水膜排斥作用滞留在网上方，从而实现油水分离，分离效率为99.9 ％，如图6所示。
实施例4
(1)基底的前处理：将1800目不锈钢网分别在乙醇、去离子水中超声清洗10min，然后吹干；
(2)反应液的配制：将0.173 g六水硝酸镧溶于20 ml去离子水中，形成20 mmol/L硝酸镧溶液，再加入10 ml 0.20 mol/L尿素，调节pH至5；
(3)膜层的制备过程：将所述（1）中不锈钢网浸入添加有反应液（2）的高压反应釜中，在140℃保温16 h，自然冷却到室温，取出吹干于550℃ 退火80 min处理。
本发明并不局限于上述实施例，很多细节的变化是可能的，但这并不因此违背本发明的范围和精神。
上面对本发明的实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (3)

1.一种超亲水水下超疏油的油水分离网的制备方法，其特征在于:包括以下步骤：
（1）基底的前处理：不锈钢网依次浸入无水乙醇和去离子水中分别超声清洗，然后干燥备用；
（2）反应液的配制：将硝酸镧溶于去离子水中，形成硝酸镧溶液，再加入尿素，调节pH至2-7；硝酸镧溶液的浓度为 10～40 mmol/L，所述尿素与硝酸镧的物质的量比为 (3～10):1；
（3）膜层的制备过程：将所述步骤（1）中不锈钢网浸入添加有步骤（2）所制备的反应液的高压反应釜中，在80～160℃温度下保温6～20 h，自然冷却到室温，取出浸入去离子水清洗，干燥后于550℃ 退火处理，冷却后得到可用于油水分离的超亲水水下超疏油的油水分离网；退火处理时间为 50～120 min。
2.根据权利要求1所述的一种超亲水水下超疏油的油水分离网的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中不锈钢网在无水乙醇和去离子水中的超声清洗时间均为10 min。
3.根据权利要求1所述的一种超亲水水下超疏油的油水分离网的制备方法，其特征在于：步骤（1）中以400-1800目的不锈钢网做为基底。
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