CN109925747A - 一种紫外光照可控制超疏水-超亲水可逆转换的油水分离材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种新型的紫外光照可控制超疏水‑超亲水可逆转换的油水分离材料。其特征在于，将SnO2包覆的碳纤维布浸渍于一定浓度的正十八硫醇和乙醇混合溶液中，取出后在一定温度下干燥；利用正十八硫醇降低表面能，该材料兼备高分离效率和高循环稳定性的优点；紫外光照射1～3h后，材料的超疏水转变为超亲水性，同时保持超亲油性，然后将该超亲水、亲油材料放置于暗室中1天以上，材料会重新转变为超疏水性。特别是，借助机械泵等，该材料可应用于选择性、高效、快速油水分离装置，操作简单、成本低，易于规模化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种油水分离材料，特别是紫外光照可控制超疏水-超亲水可逆转换的油水分 离材料，在紫外光照控制和暗光条件下存放，该材料可在超疏水和超亲水之间进行多次转换。
背景技术
当前，海水的水体油类污染主要指来源于油船泄漏事故、海底采油及炼油厂、石油化工 厂废水中的油类物质。油类污染物进入水体，其含量超过了水体的自净能力，会使水质的物 理、化学性质或生物群落组成发生变化，从而降低水体的使用价值和功能。油类物质在水体 表面形成油膜，使得水体与大气隔绝，阻碍了氧气在水体中的溶解，导致了水中的含氧量降 低，水生生物缺氧死亡，水质变黑变臭。传统的油污染处理方法包括焚烧、化学沉积、生物 降解等，这些方法都具有成本高、效率低、易引发二次污染等缺点。
具有特殊浸润性的油水分离材料近年来引起了大量研究者的关注。构建合适的表面微纳 结构以及化学组分是获得超疏水、超亲水、超疏油或者超亲油特性分离材料的有效方法。当 材料同时具备超疏水和超亲油，就可实现对油水混合物的有效分离。然而，目前国际上报道 的油水分离材料分离效率低下且功能单一，无法实现对超疏水-超亲水进行可逆转换的调控。
本发明提出一种新型的紫外光照可控制超疏水-超亲水可逆转换的油水分离材料。通过将 SnO2包覆的碳纤维布浸渍于一定浓度的正十八硫醇和乙醇混合溶液中，取出后在一定温度下 干燥就可制得。利用紫外光照射可以调节SnO2多孔膜的电子结构、表面结构，实现材料超疏 水-超亲水可逆转变。通过正十八硫醇对材料表面进行化学组分处理，降低表面能。此外，利 用脱水缩合的方式使膜层之间通过化学键结合，增强作用力，提高材料的稳定性和使用寿命。 特别是，借助机械泵等，该材料可应用于选择性、高效、快速油水分离装置，操作简单、成 本低，易于规模化生产。
发明内容
本发明的目的：该专利提出一种新型的紫外光照可控制超疏水-超亲水可逆转换的油水分 离材料，该材料是通过正十八硫醇表面处理SnO2包覆的碳纤维布而获得，兼备了高油水分离 效率和高循环稳定性的优点，循环分离150次或者持续分离100h后，分离效率仍保持在97％ 以上；通过紫外光控制可以实现对材料超疏水-超亲水的可逆转变，同时保持超亲油性，从而 对不同溶液进行选择性分离；操作简单、成本低，易于规模化，对设计和制备高效稳定油水 分离装置具有重要意义。
本发明的技术方案是：将SnO2包覆的碳纤维布浸渍于一定浓度的正十八硫醇和乙醇混合 溶液中，取出后在一定温度下干燥。
作为最佳反应参数，正十八硫醇乙醇混合溶液是将一定量正十八硫醇溶于乙醇中，需要 在室温下磁力搅拌2～3h，正十八硫醇在混合溶液中的最佳浓度为10～50mM。
作为最优条件，SnO2包覆的碳纤维布在混合溶液中浸渍时间为0.5～5h，取出后在烘箱 中60～80℃鼓风干燥2h以上。
作为最优条件，紫外光照射该材料1～3h后，超疏水转变为超亲水性，同时超亲油性保 持；然后，将该超亲水、亲油材料放置于暗室中1天以上，材料会重新转变为超疏水性。
作为最优条件，紫外光照射的波长为365nm，功率为20～50mW/cm2。
本发明制得一种新型的紫外光照可控制超疏水-超亲水可逆转换的油水分离材料，通过紫 外光照射调控SnO2表面的电子结构和材料结构，实现超疏水-超亲水之间的可逆转换。借助 机械泵等，制备的紫外光照可控制超疏水-超亲水可逆转换的油水分离材料，可应用于选择性、 高效、快速的油水分离装置。
本发明的有益效果：
(1)本发明提出了一种制备紫外控制超疏水-超亲水可逆转换的油水分离材料的新思路。
(2)制备的油水分离材料具有高效的油水分离效率而且抗酸腐蚀高、使用寿命长。
(3)与其它方法相比，该制备方法具有以下独特优点：
①实验装置、实验条件和制备过程非常简单，容易操作；
②成本低廉，易于控制及规模化，具有良好的工业化应用前景。
附图说明
图1为实施例1制备的正十八硫醇表面改性SnO2@碳纤维布油水分离材料(a-d)分别针对不 同pH值溶液的接触角测量结果；(e)为实施例2样品对水的接触角情况。
图2为实施例1制备材料的油水分离效率及循环稳定性测试图。
图3为实施例4获得样品的超疏水-超亲水可逆转换的测试图。
图4为实施例5借助机械泵，材料应用于持续性高效油水分离装置的图片。
具体实施方式
本发明提出一种新型的紫外光照可控制超疏水-超亲水可逆转换的油水分离材料，具体实 施方式如下：
实施例1
正十八硫醇表面改性SnO2@碳纤维布油水分离材料的制备：将1.5g正十八硫醇溶于500 ml乙醇中，在室温下磁力搅拌2h。将SnO2包覆的碳纤维布浸渍于制备的正十八硫醇和乙醇 混合溶液中浸泡1h，最后，将样品取出后在烘箱中60℃鼓风干燥，并将这一步骤重复5次。
图1为实施例1制备的正十八硫醇表面改性SnO2@碳纤维布油水分离材料分别针对不同 pH值溶液的接触角测量结果以及在浓盐酸中浸泡后对水的接触角情况。图1a显示，该油水 分离材料对浓盐酸(pH＝1)和去离子水(pH＝7)均表现出了超疏水性，具体来说，对盐酸 (pH＝1)的接触角为154.7°(图1b)，对去离子水(pH＝7)的接触角为153.2°(图1c)。 然而，当滴加的液滴为NaOH的强碱溶液(pH＝14)时，其在该材料表面的接触角变为0° (图1d)。
图2为实施例1制备的正十八硫醇表面改性SnO2@碳纤维布的油水分离效率测试结果。 可以看到，该材料对水和有机溶剂(红色)表现出了不同的选择性。水无法通过(图2a和2c)，而油或者有机溶剂可以自由通过(图2b、2d和2e)。尤其是，油水分离效率达到了 97％以上。经过超过150次的循环油水分离过程，分离效率仍然保持在97％，水接触仍维持 在150°以上。以上结果表明，该油水分离材料具备高循环使用寿命。
实施例2
将正十八硫醇表面改性SnO2@碳纤维布油水分离材料在pH＝1的浓盐酸溶液中浸泡24h 后，取出清洗烘干。
实施例3
将正十八硫醇表面改性SnO2@碳纤维布油水分离材料放入NaOH的强碱溶液(pH＝14) 浸泡24小时后，取出清洗烘干。
对实施例2的样品重新测量接触角，纯水的接触角变为151.6°(图1e所示)，这与未浸泡(153.2°)相比，接触角度变化不大。
对实施例3的样品重新测量接触角发现，超疏水性被破坏了。
以上结果说明，该材料具备了非常稳定的超疏水性和强耐酸腐蚀性，可以在酸性环境下 保持良好的超疏水性。
实施例4
紫外光照控制超疏水-超亲水可逆转换：将正十八硫醇表面改性SnO2@碳纤维布油水分 离材料在紫外光下照射2h，紫外光照射的波长为365nm，功率为25mW cm-2，然后，再将照射后的材料放置于暗室中1天。
图3为实施例4获得样品的超疏水-超亲水转换测试结果。该材料在紫外光照射2h后， 水接触角由153.2°变为0°，从超疏水转变为超亲水，油和水均可以自由通过。将材料洗涤 烘干，放置于暗室中1d，水接触角重新恢复到153°，从超亲水转变为超疏水。
由此可见，这种超疏水-超亲水转换可以通过在紫外光照控制和暗光条件下存放进行多次 实现。
实施例5
借助机械泵，将正十八硫醇表面改性SnO2@碳纤维布应用于持续性油水分离装置。
图4为实施例5的分离装置图，所制备的超疏水@碳纤维布复合材料通过管道与泵连接， 形成可持续进行油水分离的装置。抽水泵可提供负压，为抽取油水混合物提供动力，该材料 固定于管道另一端，充当滤膜，可以选择性的将油抽走，实现油水分离。
通过泵的持续抽取，能够实现对油水混合物的持续、高效分离。
Claims (6)
1.一种紫外光照可控制超疏水-超亲水可逆转换的油水分离材料，其特征在于，将SnO2包覆的碳纤维布浸渍于一定浓度的正十八硫醇和乙醇混合溶液中，取出后在一定温度下干燥。
2.根据权利要求1所述油水分离材料的制备方法，其特征在于，正十八硫醇乙醇混合溶液是将一定量正十八硫醇溶于乙醇中，需要在室温下磁力搅拌2～3h，正十八硫醇在混合溶液中的最佳浓度为10～50mM。
3.根据权利要求1所述油水分离材料的制备方法，其特征在于，SnO2包覆的碳纤维布在混合溶液中浸渍时间为0.5～5h，取出后在烘箱中60～80℃鼓风干燥2h以上。
4.根据权利要求3所述，干燥后制得的油水分离材料具有超亲油和紫外光控制超疏水/超亲水可逆转换的特性：紫外光照射该材料1～3h后，超疏水转变为超亲水性，同时超亲油性保持；然后，将该超亲水、亲油材料放置于暗室中1天以上，材料会重新转变为超疏水性。
5.根据权利要求4所述，紫外光照射的波长为365nm，功率为20～50mW cm-2。
6.借助机械泵等，制备的紫外光照可控制超疏水-超亲水可逆转换的油水分离材料，可应用于选择性、高效、快速的油水分离装置。
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| CN109925747B (zh) | 2021-05-28 |
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