CN109908627B - 微纳结构氧化硅/沸石制备及基于微纳结构氧化硅/沸石的超亲水水下超疏油薄膜及制备 - Google Patents

微纳结构氧化硅/沸石制备及基于微纳结构氧化硅/沸石的超亲水水下超疏油薄膜及制备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了微纳结构氧化硅/沸石制备及基于微纳结构氧化硅/沸石的超亲水水下超疏油薄膜及制备，天然沸石与碱溶液混合恒温反应形成浆体并产生游离硅；浆体中加入醇和酸溶液，与游离硅反应生成固载在沸石表面的纳米氧化硅，离心和干燥得到微纳结构氧化硅/沸石；制得的微纳结构氧化硅/沸石加入溶有盐酸多巴胺的三羟甲基氨基甲烷溶液中，通过浸渍将微纳结构氧化硅/沸石粘附在网状材料表面得到超亲水水下超疏油薄膜并干燥。水滴与制得的薄膜的接触角为0°‑5°，油滴与薄膜的接触角为150°以上；其增强了天然沸石的亲水疏油性，同时，基于微纳结构氧化硅/沸石的薄膜具有优异的超亲水水下超疏油性和油水分离效率。

Description

微纳结构氧化硅/沸石制备及基于微纳结构氧化硅/沸石的超 亲水水下超疏油薄膜及制备
技术领域
本发明属于超亲水水下超疏油材料制备技术领域，涉及微纳结构氧化硅/沸石制备及基于微纳结构氧化硅/沸石的超亲水水下超疏油薄膜及制备。
背景技术
人类日常生活和工业生产往往会排放出大量的含油污水，而这类污水不经过处理直接排放到河流湖泊中会致使水体动植物因缺氧气而死亡，对生态环境有着巨大的威胁。而目前处理含油污水技术还不完善，存在一定的问题。
目前，用于油水分离的特殊浸润性材料主要集中于超疏水/超亲油性材料，这类材料允许油类污染物的迅速吸附/透过而阻止水的渗透，从而实现油水的高效分离。然而，在实际应用中，这类“油去除”材料很容易被油堵塞，且由于油水密度的差异，材料和油类污染物之间会形成一层水膜，阻止了油的透过，导致材料的油水分离效率显著降低。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供微纳结构氧化硅/沸石制备及基于微纳结构氧化硅/沸石的超亲水水下超疏油薄膜及制备，通过该方法制备的薄膜具有优异的超亲水水下超疏油性和油水分离效率。
本发明是通过以下技术方案来实现：
制备微纳结构氧化硅/沸石的方法，包括以下步骤：
步骤1：将天然沸石粉末与碱溶液混合恒温反应形成浆体，天然沸石中的部分硅游离于浆体中；
步骤2：向浆体中加入醇和酸溶液，并与游离的硅反应生成固载在沸石表面的纳米氧化硅；
步骤3：步骤2所得浆体离心和干燥得到微纳结构氧化硅/沸石粉末。
进一步的，步骤1中天然沸石包含斜发沸石和丝光沸石的一种或两种。
进一步的，步骤1中碱液包含氢氧化钠和碳酸钠的一种或两种，碱浓度为0.1M-4M；氢氧化钠与沸石的质量比为4％-120％；反应温度为40-80℃，反应时间为2-48h。
进一步的，步骤2中醇包含无水乙醇和甲醇的一种或两种。
进一步的，步骤2中酸包含盐酸和硝酸的一种或两种，且酸度为3M-6M；反应温度为40-80℃，反应时间为1-12h。
进一步的，基于制得的微纳结构氧化硅/沸石的超亲水水下超疏油薄膜的制备方法，将微纳结构氧化硅/沸石粉末加入溶有盐酸多巴胺的三羟甲基氨基甲烷溶液中，通过浸渍的方式将微纳结构氧化硅/沸石粉末粘附在网状材料表面得到超亲水水下超疏油薄膜并干燥。
进一步的，盐酸多巴胺将微纳结构氧化硅/沸石粉末粘附在网状材料表面；所述的网状材料为不锈钢网、或铜网、或纺织品。
进一步的，溶有盐酸多巴胺的三羟甲基氨基甲烷溶液pH为7.5-9.5，盐酸多巴胺的浓度为1g/L-3g/L，三羟甲基氨基甲烷缓冲液的浓度为8-12mmol/L。
进一步的，制得的超亲水水下超疏油薄膜，水滴与薄膜的接触角为0°-5°，油滴与薄膜的接触角为150°以上。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供的微纳结构氧化硅/沸石制备及基于微纳结构氧化硅/沸石的超亲水水下超疏油薄膜及制备，微纳结构氧化硅/沸石的制备过程中，天然沸石和碱性物质反应可降低其内部硅铝元素之比，使其游离于浆体中，增加沸石亲水性；游离于浆体中的硅用来制备纳米氧化硅，微米尺寸的沸石和纳米氧化硅混合形成具有粗糙表面的微纳米结构沸石，经过碱处理以及纳米氧化硅固载的沸石，降低了天然沸石的硅铝比，因而其具有优异的亲水疏油性；通过将该亲水疏油性的氧化硅/沸石粉末均匀分散在溶有盐酸多巴胺和三羟甲基氨基甲烷溶液，从而让氧化硅/沸石粉末牢固地粘结在网状材料表面，获得的基于微纳结构氧化硅/沸石的超亲水水下超疏油薄膜具有较高的结构稳定性；这种超亲水水下超疏油薄膜具有超亲水水下超疏油性可实现油水混合物的分离，进而对净化水体起到很好的作用，同时还可对回收的油类物质进行重新应用；本发明的基于微纳结构氧化硅/沸石的超亲水水下超疏油薄膜具有较高的亲水性和油水分离效率，在油水分离等领域具有很好的实际应用。
附图说明
图1为本发明不同实验条件下超亲水水下超疏油沸石的XRD图谱；
图2为本发明超亲水水下超疏油微纳结构沸石及基于其的薄膜的扫描图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例来对本发明做进一步的说明。
实施例1
制备微纳结构氧化硅/沸石的方法，包括以下步骤：
步骤1：将包含斜发沸石和丝光沸石的天然沸石粉末与0.1M的碱溶液在在氟化聚四氟乙烯瓶中进行混合，并在恒温振荡器中40℃下反应2h形成浆体，天然沸石中的部分硅游离于浆体中，氢氧化钠与沸石的质量比为4％；
步骤2：向浆体中加入30ml无水乙醇和25ml的3M的硝酸，并与游离的硅在40℃下反应1h生成固载在沸石表面的纳米氧化硅；
步骤3：步骤2所得浆体离心和干燥得到微纳结构氧化硅/沸石粉末。
基于上述制备方法制得的微纳结构氧化硅/沸石的超亲水水下超疏油薄膜的制备方法：
将微纳结构氧化硅/沸石粉末加入溶有1g/L的盐酸多巴胺的三羟甲基氨基甲烷溶液中，溶液的pH为7.5，三羟甲基氨基甲烷溶液的浓度为8mmol/L；然后通过浸渍的方式将微纳结构氧化硅/沸石粉末粘附在不锈钢网表面得到超亲水水下超疏油薄膜并干燥。
将超亲水水下超疏油薄膜用接触角仪测量水滴与其表面的接触角为5°，其亲水性强；用接触角仪测量油滴与其表面的接触角为151°，其疏油性强。
实施例2
制备微纳结构氧化硅/沸石的方法，包括以下步骤：
步骤1：将包含斜发沸石和丝光沸石的天然沸石粉末与4M的碱溶液在在氟化聚四氟乙烯瓶中进行混合，并在恒温振荡器中80℃下反应48h形成浆体，天然沸石中的部分硅游离于浆体中，氢氧化钠与沸石的质量比为120％；
步骤2：向浆体中加入30ml无水乙醇和25ml的6M的硝酸，并与游离的硅在80℃下反应12h生成固载在沸石表面的纳米氧化硅；
步骤3：步骤2所得浆体离心和干燥得到微纳结构氧化硅/沸石粉末。
基于上述制备方法制得的微纳结构氧化硅/沸石的超亲水水下超疏油薄膜的制备方法：
将微纳结构氧化硅/沸石粉末加入溶有3g/L的盐酸多巴胺的三羟甲基氨基甲烷溶液中，溶液的pH为9.5，三羟甲基氨基甲烷溶液的浓度为12mmol/L；然后通过浸渍的方式将微纳结构氧化硅/沸石粉末粘附在不锈钢网表面得到超亲水水下超疏油薄膜并干燥。
将超亲水水下超疏油薄膜用接触角仪测量水滴与其表面的接触角为0°，其亲水性强。用接触角仪测量油滴与其表面的接触角为165°，其疏油性强。
实施例3-11的方法同实施例1和实施例2，各实施例的条件和油滴接触角见下表。
Figure BDA0002021671850000051
结合上述实施例可以得出，斜发沸石、丝光沸石等天然沸石经碱处理后再经过纳米氧化硅固载，亲水性明显提高，且随着温度、氢氧化钠浓度以及反应时间的增加，油滴接触角不断增大，最终可获得具有超亲水水下超疏油薄膜。其能够作为油水分离薄膜，具有较高的亲水性和油水分离效率。
图1为各种实验条件下斜发沸石的XRD图谱，可看出氢氧化钠只脱除部分硅铝元素并没有破坏其晶体结构。
图2为实施例1的扫描图，从图中可以看出碱处理以及固载纳米氧化硅后得到的超亲水水下超疏油薄膜是一种微纳结构。
以上给出的实施例是实现本发明较优的例子，本发明不限于上述实施例。本领域的技术人员根据本发明技术方案的技术特征所做出的任何非本质的添加、替换，均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.制备微纳结构氧化硅/沸石的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将天然沸石粉末与碱溶液混合恒温反应形成浆体，天然沸石中的部分硅游离于浆体中；
步骤2：向浆体中加入醇和酸溶液，醇和酸与游离的硅反应生成固载在沸石表面的纳米氧化硅；
步骤3：步骤2所得浆体离心和干燥得到微纳结构氧化硅/沸石粉末。
2.根据权利要求1所述的制备微纳结构氧化硅/沸石的方法，其特征在于，所述步骤1中天然沸石包含斜发沸石和丝光沸石的一种或两种。
3.根据权利要求1所述的制备微纳结构氧化硅/沸石的方法，其特征在于，所述步骤1中碱液包含氢氧化钠，碱度为0.1M-4M；氢氧化钠与沸石的质量比为4％-120％；反应温度为40-80℃，反应时间为2-48h。
4.根据权利要求1所述的制备微纳结构氧化硅/沸石的方法，其特征在于，所述步骤2中醇包含无水乙醇和甲醇的一种或两种。
5.根据权利要求1所述的制备微纳结构氧化硅/沸石的方法，其特征在于，所述步骤2中酸包含盐酸和硝酸的一种或两种，酸度为3M-6M；反应温度为40-80℃，反应时间为1-12h。
6.基于权利要求1所述制备方法制得的微纳结构氧化硅/沸石的超亲水水下超疏油薄膜的制备方法，其特征在于，将微纳结构氧化硅/沸石粉末加入溶有盐酸多巴胺的三羟甲基氨基甲烷溶液中，通过浸渍的方式将微纳结构氧化硅/沸石粉末粘附在网状材料表面得到超亲水水下超疏油薄膜并干燥。
7.根据权利要求6所述的基于微纳结构氧化硅/沸石的超亲水水下超疏油薄膜的制备方法，其特征在于，所述盐酸多巴胺将微纳结构氧化硅/沸石粉末粘附在网状材料表面；所述的网状材料为不锈钢网、或铜网、或纺织品。
8.根据权利要求6所述的基于微纳结构氧化硅/沸石的超亲水水下超疏油薄膜的制备方法，其特征在于，所述溶有盐酸多巴胺的三羟甲基氨基甲烷溶液pH为7.5-9.5，盐酸多巴胺的浓度为1g/L-3g/L，三羟甲基氨基甲烷溶液的浓度为8-12mmol/L。
9.超亲水水下超疏油薄膜，其特征在于，采用权利要求6所述的基于微纳结构氧化硅/沸石的超亲水水下超疏油薄膜的制备方法制备得到，所述超亲水水下超疏油薄膜分别测量水滴和油滴与薄膜的接触角，水滴与薄膜的接触角为0°-5°，油滴与薄膜的接触角为150°以上。
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