CN109395432A - 一种用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品及其制备方法，通过将亲水处理后的熔喷超细纤维网热轧处理，制备得到熔喷超细纤维乳液分离膜。本发明有着制备流程简单，生产成本低等特点，所制得的熔喷超细纤维乳液分离膜，即用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品，在重力条件下水通量大，乳液分离效率高，并且还可以循环使用。本发明所制备的熔喷超细纤维乳液分离膜可广泛的用于含油废水处理等领域。
Description
技术领域
本发明属于含油废水处理等领域，具体涉及一种用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品及其制备方法。
背景技术
随着工业化进程的加快，环境污染日趋严重，环境保护成为全球普遍关注的问题。油类是非再生资源，对其进行回收可以提高油类物质的综合价值。油在水中存在的状态可分为：浮油，分散油，乳化油。相较与浮油和分散油，乳化油不是单一的油分，油粒的平均直径约在0.1-10um之间，乳化油形成的主要原因是受到水体中的其他化学物质，如一些表面活性剂，存在于原有水体中由于亲水基团与憎水基团的联合作用会使油分变为复杂的乳浊状态，而这种浑浊状态因为化学键的存在而变得稳定，通常情况下不易被破坏。因此，如何有效处理乳化油污水成为目前亟待解决的问题之一。
中国专利CN101311127A，公开日2008年11月26日，公开了一种超滤膜法处理高浓度多种类废乳化液的方法与装置，该发明主体工艺为“溶气气浮-超滤膜-电解气浮”，采用高效溶气气浮系统，有效减少药剂用量，促进破乳效果。然后通过超滤系统实现油水分离，同时对乳化液进行多次浓缩。最后通过电解气浮去除废水中残留乳化油和溶解的油类，进一步降低出水COD值。该专利能处理高浓度、多种类的废乳化液，同时能实现乳化液的回收。但是，该专利的分离方法过于复杂，能量损耗过大，并且在破乳过程中还需添加破乳剂，从而导致水体的二次污染。
本发明主要针对现有技术中对乳化油的分离存在的工艺复杂、二次污染以及能耗过高的问题，旨在制备一种能有效分离乳化油的分离膜，达到高效分离乳化油的效果。
发明内容
针对上述技术存在的问题，本发明目的是提供一种用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品及其制备方法。为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品的制备方法，所述的制备方法按以下步骤：
a.超细纤维网的亲水处理
取织物处理剂加入水中配制成质量浓度为0.3-0.8g/L的织物处理剂水溶液，待用；将熔喷超细纤维网与织物处理剂水溶液在室温处理，形成熔喷超细纤维网表面交联织物处理剂的亲水超细纤维网。
对纤维进行亲水处理，是油水分离膜的关键步骤，在分离膜对乳化油进行分离时，首先是分离膜通过亲水作用，对乳化油中的水进行吸附，水向纤维表面粘附，水滴的形成，之后水滴在纤维上的脱吸附，最后达到将油水分离的目的。因此，纤维的亲水性能会很大程度上影响到分离膜的分离效果。
b.用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品的制备
将经a步骤所制备的亲水超细纤维网按不同的克重进行热轧处理，控制纤维膜的孔径和孔隙率，得到用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品，其能实现乳液的有效分离。
制备得到熔喷超细纤维乳液分离膜的克重为：800-2000g/m2。
步骤b中热轧温度为60-90℃，热轧压力为1-8MPa，热轧时间为30-90s。
用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品的制备方法对分离效果也会产生显著影响，如热压温度、压力和时间会影响到分离膜的空隙率，这些在很大程度上改变分离膜的表观结构，本发明通过多次试验，找到了合适的热压温度、压力和时间。
所述超细纤维是通过熔喷工艺制备得到的不同种类的超细纤维网。熔喷工艺能够控制纤维的细度，进而控制分离效果。
纤维膜的孔径为0.2-4μm，孔隙率为40％-70％。
为了进一步简化用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品的制备工艺，本发明对制备方法进行了改进，具体操作如下：
一种用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品的制备方法，其特征在于：所述的用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品的制备方法按以下步骤进行：
a.熔喷超细纤维膜的制备
将通过熔喷工艺制备得到超细纤维网按不同的克重进行热压处理，控制纤维膜的孔径与孔隙率，得到熔喷超细纤维膜。
b.熔喷超细纤维膜的超亲水处理
取织物处理剂加入水中配制成织物处理剂水溶液，待用；将步骤a得到的熔喷超细纤维膜与织物处理剂水溶液在室温交联反应，形成熔喷超细纤维膜表面交联织物处理剂的超亲水熔喷超细纤维乳液分离膜，即为用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品。
步骤a中热压温度为30-90℃，热压压力为1-8MPa，热压时间为30-90s。进一步油酸所述热压温度为40-60℃，热压压力为2-6MPa，热轧时间40-60s。
步骤b织物处理剂加入水中配制成质量浓度为0.3-0.8g/L的织物处理剂水溶液。
纤维膜的孔径为0.2-4μm，孔隙率为40％-70％。
在工艺的简化过程中，可以通过热压温度、热压压力、热压时间控制合适的孔隙率和纤维膜的孔径，使制备得到的用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品表面与水的接触角小于10°，水下油滴的接触角大于150°，实现超亲水以及超疏水的效果，进而能实现对乳化油进行较好的分离效果。同时本发明限定的工艺最大限度的保证了纤维直径不发生较大变化，控制在0.1-10μm之间，优选0.1-5微米，该直径与乳化油油粒的粒径类似，能充分的与油粒接触，破坏乳化油的结构，实现较好的油液分离效果。
所述的熔喷超细纤维为聚苯硫醚(PPS)纤维或聚丙烯(PP)或聚丁二酸丁二醇酯(PBS)或聚乳酸(PLA)中的一种。
所述纤维的直径为0.1-10μm。
熔喷法制备得到的纤维，其制备过程中含杂质较少，同时选择疏油树脂，能够提高分离效果。另外熔喷超细纤维的直径可达到0.5-5um，、具有独特的毛细结构的超细纤维增加了单位面积纤维的数量及表面积，增加的分离膜对乳液的分离效率。
同时，熔喷法制备的纤维网的随机分布提供了纤维间更多的热粘合机会，从而使熔喷超细纤维材料具有更大的比表面积与更高的孔隙率。
所制备得到的用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品的表面与水的接触角小于10°。
所制备得到的一种用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品水下油滴的接触角大于150°。
用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品的高亲水性和疏油性能极大的提高乳液分离效果。所述的乳液为水包油型乳液。
所述的织物处理剂为壳聚糖或聚乙烯醇中的一种。
在重力条件下，分离膜对正己烷、石油醚、三氯甲烷、苯、汽油、原油、动物油等分离效果可达到99％，并且能重复使用。
由于采用了以上的技术方案，制备得到的用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品
制备工艺简单，具有良好的亲水性和疏油性能，能够高效的分离乳化油，对常见油乳的分离效果达到99％，并且可以重复利用。
具体实施例
下面结合具体实施例，对本发明作进一步详细描述。
实施例1
一种用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品的制备方法，包括以下步骤：
a.超细纤维网的亲水处理
首先，将壳聚糖制成质量浓度为0.6g/L的酸性水溶液，待用；其次，将聚苯硫醚熔喷超细纤维网与壳聚糖酸性水溶液在室温下交联反应，偶联处理剂，形成熔喷聚苯硫醚超细纤维表面交联壳聚糖的超亲水纤维网。
b.用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品的制备将经a步骤所制备的克重为1860g/m2亲水熔喷聚苯硫醚超细纤维网进行热轧处理，得到厚度为4.58mm的超亲水熔喷聚苯硫醚超细纤维乳液分离膜，即用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品。其中，所述的热轧温度为85℃，热轧压力为2MPa，热轧时间为30s。
通过上述方法制备的用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品经过测试，其孔径为0.2-3um,孔隙率70％，表面与水的接触角为0°，水下油滴接触角为153.26°，水通量为725L/m2·h，乳液分离效率为99.5％。
实施例2
一种用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品的制备方法，包括以下步骤：
a.超细纤维网的亲水处理
首先，将聚乙烯醇制成质量浓度为0.4g/L的水溶液，待用；其次，将聚苯硫醚熔喷超细纤维网与聚乙烯醇水溶液在室温下交联反应，偶联处理剂，形成熔喷聚苯硫醚超细纤维表面交联聚乙烯醇的亲水纤维网。
b.用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品的制备
将经a步骤所制备的克重为846g/m2亲水熔喷聚苯硫醚超细纤维网进行热轧处理，得到厚度为1.02mm的亲水熔喷聚苯硫醚超细纤维乳液分离膜，即用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品。其中，所述的热轧温度为85℃，热轧压力为6MPa，热轧时间为60s.
通过上述方法制备的用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品经过测试，其孔径为0.2-3um,孔隙率40％表面与水的接触角为5°，水下油滴接触角为150.26°，水通量为471.16L/m2·h，乳液分离效率为99.7％。
实施例3
一种用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品的制备方法，包括以下步骤：
a.超细纤维网的亲水处理
首先，将聚乙烯醇制成质量浓度为0.7g/L的水溶液，待用；其次，将聚苯硫醚熔喷超细纤维网与聚乙烯醇水溶液在室温下交联反应，偶联处理剂，形成熔喷聚苯硫醚超细纤维表面交联聚乙烯醇的亲水纤维网。
c.用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品的制备
将经a步骤所制备的克重为1090g/m2亲水熔喷聚苯硫醚超细纤维网进行热轧处理，得到厚度为3.56mm的亲水熔喷聚苯硫醚超细纤维乳液分离膜，即用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品。其中，所述的热轧温度为80℃，热轧压力为3MPa，热轧时间为60s.
通过上述方法制备的用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品的制备方法，经过测试，其孔径为0.2-3um,孔隙率60％,表面与水的接触角为0°，水下油滴接触角为151.48°，水通量为634.18L/m2·h，乳液分离效率为99.6％。
实施例4
一种用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品的制备方法，包括以下步骤：
a.超细纤维网的亲水处理
首先，将壳聚糖制成质量浓度为0.5g/L的酸性水溶液，待用；其次，将聚苯硫醚熔喷超细纤维网与壳聚糖酸性水溶液在室温下交联反应，偶联处理剂，形成熔喷聚苯硫醚超细纤维表面交联壳聚糖的超亲水纤维网。
b.一种用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品的制备
将经a步骤所制备的克重为1260g/m2亲水熔喷聚苯硫醚超细纤维网进行热轧处理，得到厚度为5.02mm的超亲水熔喷聚苯硫醚超细纤维乳液分离膜，即用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品。其中，所述的热轧温度为75℃，热轧压力为4MPa，热轧时间为30s.
通过上述方法制备的用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品，经过测试，其孔径为0.2-3um,孔隙率70％,表面与水的接触角为0°，水下油滴接触角为151.24°，水通量为827L/m2·h，乳液分离效率为99.5％。
实施例5
一种用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品的制备方法，包括以下步骤：
a.超细纤维网的亲水处理
首先，将壳聚糖制成质量浓度为0.8g/L的酸性水溶液，待用；其次，将聚丁二酸丁二醇酯熔喷超细纤维网与壳聚糖酸性水溶液在室温下交联反应，偶联处理剂，形成熔喷聚丁二酸丁二醇酯超细纤维表面交联壳聚糖的超亲水纤维网。
b.一种用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品的制备
将经a步骤所制备的克重为1460g/m2亲水熔喷聚丁二酸丁二醇酯超细纤维网进行热轧处理，得到厚度为6.01mm的超亲水熔喷聚丁二酸丁二醇酯超细纤维乳液分离膜，即用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品。其中，所述的热轧温度为80℃，热轧压力为1MPa，热轧时间为90s.
通过上述方法制备的用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品，经过测试，其孔径为0.2-3um,孔隙率70％表面与水的接触角为0°，水下油滴接触角为150.86°，水通量为971L/m2·h，乳液分离效率为99.5％。
实施例6
一种用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品的制备方法，包括以下步骤：
a.超细纤维网的亲水处理
首先，将聚乙烯醇制成质量浓度为0.4g/L的水溶液，待用；其次，将聚丁二酸丁二醇酯熔喷超细纤维网与聚乙烯醇水溶液在室温下交联反应，偶联处理剂，形成熔喷聚丁二酸丁二醇酯超细纤维表面交联聚乙烯醇的亲水纤维网。
b.用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品的制备
将经a步骤所制备纤维网设计为克重为985g/m2亲水熔喷聚丁二酸丁二醇酯超细纤维进行热轧处理，得到厚度为3.12mm的亲水熔喷聚丁二酸丁二醇酯超细纤维乳液分离膜。其中，所述的热轧温度为85℃，热轧压力为2MPa，热轧时间为30s.
通过上述方法制备的一种用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品，经过测试，其孔径为0.2-3um,孔隙率50％，表面与水的接触角为3°，水下油滴接触角为152.97°，水通量为614.98L/m2·h，乳液分离效率为99.7％。
实施例7
一种用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品的制备方法，包括以下步骤：
a.超细纤维网的亲水处理
首先，将壳聚糖制成质量浓度为0.7g/L的酸性水溶液，待用；其次，将聚乳酸熔喷超细纤维网与壳聚糖酸性水溶液在室温下交联反应，偶联处理剂，形成熔喷聚乳酸超细纤维表面交联壳聚糖的超亲水纤维网。
b.一种用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品的制备
将经b步骤所制备的克重为1196g/m2亲水熔喷聚乳酸超细纤维网进行热轧处理，得到厚度为4.69mm的超用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品。其中，所述的热轧温度为65℃，热轧压力为2MPa，热轧时间为60s.
通过上述方法制备的用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品，经过测试，其表面与水的接触角为0°，水下油滴接触角为152.17°，水通量为783L/m2·h，乳液分离效率为99.6％。
实施例8
一种用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品的制备方法，包括以下步骤：
a.超细纤维网的亲水处理
首先，将聚乙烯醇制成质量浓度为0.5g/L的水溶液，待用；其次，将经a步骤得到的预处理后的聚乳酸熔喷超细纤维网与聚乙烯醇水溶液在室温下交联反应，偶联处理剂，形成熔喷聚乳酸超细纤维表面交联聚乙烯醇的亲水纤维网。
c.熔喷超细纤维乳液分离膜的制备
将经a步骤所制备的克重为857g/m2亲水熔喷聚乳酸超细纤维网进行热轧处理，得到厚度为2.97mm的用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品。其中，所述的热轧温度为70℃，热轧压力为6MPa，热轧时间为60s.
通过上述方法制备的超亲水熔喷聚乳酸超细纤维乳液分离膜，即用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品，经过测试，其表面与水的接触角为5°，水下油滴接触角为151.37°，水通量为609.98L/m2·h，乳液分离效率为99.7％。
实施例9
一种用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品的制备方法，包括以下步骤：
a.熔喷聚苯硫醚(PPS)超细纤维膜的制备
将经熔喷工艺制备得到克重为800g/m2的聚苯硫醚(PPS)超细纤维网进行热压处理，得到厚度为1.02mm，孔隙率为32％的熔喷聚苯硫醚(PPS)超细纤维膜。其中，所述的热压温度为85℃，热压压力为6MPa，热压时间为60s.
b.熔喷聚苯硫醚(PPS)超细纤维膜的亲水处理
首先，将聚乙烯醇配置成质量浓度为0.4g/L的水溶液，待用；其次，将经a步骤得到的熔喷聚苯硫醚(PPS)超细纤维膜与聚乙烯醇水溶液在室温下交联反应，偶联处理剂，形成熔喷聚苯硫醚(PPS)超细纤维膜表面交联聚乙烯醇的超亲水熔喷聚苯硫醚(PPS)超细纤维乳液分离膜，即用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品。
通过上述方法制备的用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品，经过测试，其表面与水的接触角为5°，水下油滴接触角为150.26°，水通量为421L/m2·h，乳液分离效率为99.3％。
实施例10
一种用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品的制备方法，包括以下步骤：
a.熔喷聚苯硫醚(PPS)超细纤维膜的制备
将经熔喷工艺制备得到克重为800g/m2的聚苯硫醚(PPS)超细纤维网进行热压处理，得到厚度为1.02mm，孔隙率为32％的熔喷聚苯硫醚(PPS)超细纤维膜。其中，所述的热压温度为85℃，热压压力为6MPa，热压时间为60s.
b.熔喷聚苯硫醚(PPS)超细纤维膜的亲水处理
首先，将聚乙烯醇配置成质量浓度为0.4g/L的水溶液，待用；其次，将经a步骤得到的熔喷聚苯硫醚(PPS)超细纤维膜与聚乙烯醇水溶液在室温下交联反应，偶联处理剂，形成熔喷聚苯硫醚(PPS)超细纤维膜表面交联聚乙烯醇的超亲水熔喷聚苯硫醚(PPS)超细纤维乳液分离膜，即用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品。
通过上述方法制备的用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品，经过测试，其表面与水的接触角为5°，水下油滴接触角为150.26°，水通量为421L/m2·h，乳液分离效率为99.3％。
对比例1
a.熔喷超细纤维乳液分离膜的制备
将经克重为857g/m2亲水熔喷聚苯硫醚超细纤维网进行热轧处理，得到厚度为2.97mm的用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品。其中，所述的热轧温度为70℃，热轧压力为6MPa，热轧时间为60s.
通过上述方法制备的超亲水熔喷聚苯硫醚超细纤维乳液分离膜，经过测试，其表面与水的接触角为75°，水下油滴接触角为150.37°，水通量为430.62L/m2·h，乳液分离效率为50.7％。
Claims (10)
1.一种用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品，其特征在于：所述的熔喷超细纤维为聚苯硫醚(PPS)纤维或聚丙烯(PP)或聚丁二酸丁二醇酯(PBS)或聚乳酸(PLA)中的一种，分离膜经过亲水处理，克重为800-2000g/m2。
2.一种如权利要求1所述的用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品，纤维的直径为0.1-10μm，分离膜表面与水的接触角小于10°，水下油滴的接触角大于150°。
3.一种如权利要求1所述的用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品，其特征在于，亲水处理的织物处理剂为壳聚糖或聚乙烯醇中的一种
4.一种用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品，其特征在于：所属纺织品的孔径为0.1-4μm，孔隙率为40-70％。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的一种用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品的制备方法，其特征在于：所述的熔喷超细纤维乳液分离膜的制备方法按以下步骤进行：
a.超细纤维网的亲水处理
取织物处理剂加入水中配制成织物处理剂水溶液，待用；将步骤a得到的预处理后的熔喷超细纤维网与织物处理剂水溶液在室温处理，形成熔喷超细纤维网表面交联织物处理剂的亲水超细纤维网。
b.用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品的制备
将经步骤a所制备的亲水超细纤维网按不同的克重进行热轧处理，控制纤维膜的孔径，得到用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品。
6.一种如权利要求5所述的一种用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品的制备方法，其特征在于，步骤b中热轧温度为60-90℃，热轧压力为1-8MPa，热轧时间为30-90s。
7.一种如权利要求5所述的一种用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品的制备方法，其特征在于，步骤a织物处理剂加入水中配制成质量浓度为0.3-0.8g/L的织物处理剂水溶液。
8.一种如权利要求1-4任一项所述的一种用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品的制备方法，其特征在于：所述的熔喷超细纤维乳液分离膜的制备方法按以下步骤进行：
a.熔喷超细纤维膜的制备
将通过熔喷工艺制备得到的不同种类的超细纤维网按不同的克重进行热压处理，控制纤维膜的孔径与孔隙率，得到熔喷超细纤维膜。
b.熔喷超细纤维膜的超亲水处理
取织物处理剂加入水中配制成织物处理剂水溶液，待用；将步骤a得到的熔喷超细纤维膜与织物处理剂水溶液在室温交联反应，形成熔喷超细纤维膜表面交联织物处理剂的用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品。
9.一种如权利要求7所述的一种用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品的制备方法，其特征在于，步骤a中热压温度为30-90℃，热压压力为1-8MPa，热压时间为30-90s。
10.一种如权利要求7所述的一种用于油水分离的亲水性高分子交联膜改性纺织品的制备方法，其特征在于，步骤b织物处理剂加入水中配制成质量浓度为0.3-0.8g/L的织物处理剂水溶液。
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