CN110201422A - 一步制备超疏水油水分离网膜的方法 - Google Patents

一步制备超疏水油水分离网膜的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于固体材料表面改性领域，具体涉及一步制备超疏水油水分离网膜的方法。所述方法为：将预处理过的金属网膜放入长链烷基酸乙醇溶液中，室温反应后取出网膜，清洗、晾干即得到所述超疏水油水分离网膜。本发明所述方法将网膜表面微纳米分级结构的构筑与超疏水改性结合在同一反应体系中，材料廉价易得，无需添加其他强腐蚀性、强氧化还原性试剂或有毒改性剂，简化了超疏水油水分离材料的制备过程，环境友好，适用于大面积生产；所述超疏水油水分离网膜耐化学性能和机械性能良好，能高效分离具有强酸性、强碱性或高盐组分的含油污水，且可自由裁剪、多次重复使用，易于清洗保存。

Description

一步制备超疏水油水分离网膜的方法
技术领域
本发明属于固体材料表面改性领域，具体涉及一步制备超疏水油水分离网膜的方法。
背景技术
随着石油开采和需求量的不断增加以及工业化程度的深入，研究油水分离技术对于提高水质与油品质量有着十分重要的意义。多种油水分离技术已被广泛地开发与研究，特别是基于材料表面对油相和水相不同的超浸润界面作用来实现油水分离，已成为推动油水分离技术发展的重要途径。近年来，从自然界超疏水现象获取灵感，研究者设计出多种新型的仿生超疏水分离材料，这种超疏水/超亲油的超浸润性质，可以选择性地允许油快速通过，同时完全隔绝水的透过。
目前制备超疏水油水分离材料的方法包括刻蚀法、电化学法、溶胶-凝胶法、模板法、自组装法、等离子体处理法等，均已取得很好的效果，所制得材料与水的接触角均可达到150°以上。CN1721030A的中国发明专利公开了一种利用全氟烷基硅氧烷凝胶溶胶制备用于油水分离滤网膜的方法，但需要用到昂贵的含氟试剂，难以实现大规模应用；文献Applied Surface Science,2012,261,561报道了一种利用层层自组装法制备超疏水/超亲油棉纤维的方法，该方法制备工艺复杂，可操作性差；文献ACS Applied Materials&Interfaces,2009,11,2613报道了一种将商业铜网首先于HNO3溶液中刻蚀，使铜网表面粗糙化，进一步通过低表面能物质修饰，获得超疏水/超亲油油水分离材料的制备方法，该方法使用的浓硝酸溶液不仅具有强腐蚀性，更对环境造成污染。因此，采用廉价易得的原料和简便的制备方法，探索环境友好、稳定的超疏水油水分离材料仍具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种超疏水油水分离网膜及其制备方法，该制备方法采用简单的一步成膜制备工艺、廉价的原料，无需强腐蚀性、强氧化还原性试剂或有毒改性剂，即可获得环境友好、具有良好化学稳定性，可多次重复使用的超疏水油水分离网膜。
本发明所提供的一步制备超疏水油水分离网膜的方法，包括如下步骤：
(1)将金属网膜分别用丙酮、乙醇和去离子水超声清洗以去除表面油污，再将金属网膜放入2～6mol/L的HCl溶液中超声清洗10～30min，去离子水清洗，烘干备用；其中，所述金属网膜的材质为金属织物网或泡沫金属，其中金属织物网具体可为铜网、镍网或铝合金网，所述泡沫金属具体可为泡沫铜、泡沫镍、泡沫铁、或泡沫铝；
(2)将0.2～3g长链烷基酸加入到40～100mL无水乙醇中，溶解后放入步骤(1)处理过的金属网膜，室温下反应3～120h；取出网膜，用无水乙醇冲洗表面残余溶液，自然晾干，得到所述超疏水油水分离网膜；其中，所述长链烷基酸为月桂酸、十三烷酸、肉豆蔻酸、十五烷酸、软脂酸、十七烷酸和硬脂酸中的任意一种或几种的混合物。
上述制备方法中，所述金属织物网的目数为100～500目，优选为200～500目，具体可为200目、300目、400目或500目；
所述泡沫金属的孔径具体为0.1～10.0mm。
一种采用上述方法制备的超疏水油水分离网膜：所述的超疏水油水分离网膜表面通过一步置换同时修饰长链烷基酸反应得到，具有空气中超疏水的性质，即水滴在本发明的油水分离网膜表面具有大于150°的接触角，而油滴在所述的油水分离网膜表面可以快速浸润并通过，又基于该网膜具有的微米级孔径，因此可以实现油相通过所述的油水分离网膜，达到快速分离油水混合物的目的。
所述的超疏水油水分离网膜在油水分离或含油污水处理中的应用，油水混合物中的油为甲苯、正己烷、正辛烷、异辛烷、石油醚、汽油、煤油、柴油、植物油和原油中的至少一种。
本发明的积极有益效果体现在：
1、本发明公开了一步制备超疏水油水分离网膜的方法，该方法巧妙地将网膜表面微纳米分级粗糙结构的构筑与超疏水改性结合在同一反应体系中，省却了通过繁琐手段先对表面粗糙化处理、之后再进行化学修饰的步骤，简化了超疏水油水分离材料的制备过程，易于重复操作，适用于工业化生产；制备过程所需的原材料均廉价易得，无需添加其他强腐蚀性、强氧化还原性试剂或有毒改性剂，环境友好，不会产生二次污染。
2、本发明所制得的超疏水油水分离网膜在油水分离过程中完全依靠重力作用，无需额外能耗；不仅可以高效分离不同种类的含油污水，也能有效地分离具有强酸性、强碱性或高盐组分的含油污水，耐化学性能和机械性能良好，且所述油水分离网膜可自由裁剪、多次重复使用，易于清洗保存。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的超疏水油水分离网膜的表面形貌扫描电镜照片。
图2为本发明实施例1制备的超疏水油水分离网膜在空气中对水滴(5μL)的接触角照片。
图3为采用本发明实施例制备的超疏水油水分离网膜进行油水分离的实验装置与分离效果照片；其中各标记为：1水相(亚甲基蓝染色)、2油水分离网膜、3油相。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于此。
下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例1：
(1)将400目铜网分别用丙酮、乙醇和去离子水超声清洗15min，以去除表面油污，再将铜网放入6mol/L的HCl溶液中超声清洗10min，去离子水清洗，烘干备用；
(2)将0.57g硬脂酸加入到100mL无水乙醇中，溶解后放入步骤(1)处理过的铜网，室温下反应48h；取出网膜，用无水乙醇冲洗表面残余溶液，自然晾干，得到所述超疏水油水分离网膜。
本实施例制备的超疏水油水分离网膜的表面形貌扫描电镜照片如图1所示；
在空气中测量本实施例制备的超疏水油水分离网膜对5μL水滴的接触角为159°(如图2所示)；
采用图3所示的实验装置对本实施例制备的超疏水油水分离网膜进行分离实验。将上述得到的油水分离网膜2固定于装置中，将体积比为1:1的正己烷/水(亚甲基蓝染色)混合物倒入上方滤杯中，正己烷浸润并快速通过网膜，同时水被阻隔在超疏水网膜的上端，实现油水混合物分离的目的。
实施例2：
(1)将0.2mm孔径的泡沫镍分别用丙酮、乙醇和去离子水超声清洗15min，以去除表面油污，再将泡沫镍放入4mol/L的HCl溶液中超声清洗15min，去离子水清洗，烘干备用；
(2)将0.69g肉豆蔻酸加入到60mL无水乙醇中，溶解后放入步骤(1)处理过的泡沫镍，室温下反应24h；取出网膜，用无水乙醇冲洗表面残余溶液，自然晾干，得到所述超疏水油水分离网膜。
在空气中测量本实施例制备的超疏水油水分离网膜对5μL水滴的接触角大于150°；
采用图3所示的实验装置对本实施例制备的超疏水油水分离网膜进行分离实验。将上述得到的油水分离网膜固定于装置中，将体积比为1:1的汽油/水混合物倒入上方滤杯中，汽油浸润并快速通过网膜，同时水被阻隔在超疏水网膜的上端，实现油水混合物分离的目的。
实施例3：
(1)将0.1mm孔径的泡沫铁分别用丙酮、乙醇和去离子水超声清洗15min，以去除表面油污，再将泡沫铁放入3mol/L的HCl溶液中超声清洗25min，去离子水清洗，烘干备用；
(2)将1.28g软脂酸加入到50mL无水乙醇中，溶解后放入步骤(1)处理过的泡沫铁，室温下反应12h；取出网膜，用无水乙醇冲洗表面残余溶液，自然晾干，得到所述超疏水油水分离网膜。
在空气中测量本实施例制备的超疏水油水分离网膜对5μL水滴的接触角大于150°；
采用图3所示的实验装置对本实施例制备的超疏水油水分离网膜进行分离实验。将上述得到的油水分离网膜固定于装置中，将体积比为1:1的植物油/水混合物倒入上方滤杯中，植物油浸润并快速通过网膜，同时水被阻隔在超疏水网膜的上端，实现油水混合物分离的目的。
实施例4：
(1)将300目镍网分别用丙酮、乙醇和去离子水超声清洗15min，以去除表面油污，再将镍网放入5mol/L的HCl溶液中超声清洗20min，去离子水清洗，烘干备用；
(2)将0.2g月桂酸加入到80mL无水乙醇中，溶解后放入步骤(1)处理过的镍网，室温下反应96h；取出网膜，用无水乙醇冲洗表面残余溶液，自然晾干，得到所述超疏水油水分离网膜。
在空气中测量本实施例制备的超疏水油水分离网膜对5μL水滴的接触角大于150°；
采用图3所示的实验装置对本实施例制备的超疏水油水分离网膜进行分离实验。将上述得到的油水分离网膜固定于装置中，将体积比为1:1的甲苯/水混合物倒入上方滤杯中，甲苯浸润并快速通过网膜，同时水被阻隔在超疏水网膜的上端，实现油水混合物分离的目的。
实施例5：
(1)将0.5mm孔径的泡沫铜分别用丙酮、乙醇和去离子水超声清洗15min，以去除表面油污，再将泡沫铜放入2mol/L的HCl溶液中超声清洗30min，去离子水清洗，烘干备用；
(2)将1.36g十五烷酸加入到70mL无水乙醇中，溶解后放入步骤(1)处理过的泡沫铁，室温下反应18h；取出网膜，用无水乙醇冲洗表面残余溶液，自然晾干，得到所述超疏水油水分离网膜。
在空气中测量本实施例制备的超疏水油水分离网膜对5μL水滴的接触角大于150°；
采用图3所示的实验装置对本实施例制备的超疏水油水分离网膜进行分离实验。将上述得到的油水分离网膜固定于装置中，将体积比为1:1的柴油/水混合物倒入上方滤杯中，柴油浸润并快速通过网膜，同时水被阻隔在超疏水网膜的上端，实现油水混合物分离的目的。

Claims (7)

1.一步制备超疏水油水分离网膜的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将金属网膜分别用丙酮、乙醇和去离子水超声清洗以去除表面油污，再将金属网膜放入2～6mol/L的HCl溶液中超声清洗10～30min，去离子水清洗，烘干备用；
(2)将0.2～3g长链烷基酸加入到40～100mL无水乙醇中，溶解后放入步骤(1)处理过的金属网膜，室温下反应3～120h；取出网膜，用无水乙醇冲洗表面残余溶液，自然晾干，得到所述超疏水油水分离网膜。
2.根据权利要求1所述的一步制备超疏水油水分离网膜的方法，其特征在于：所述金属网膜的材质为金属织物网或泡沫金属。
3.根据权利要求2所述的一步制备超疏水油水分离网膜的方法，其特征在于：所述金属织物网为铜网、镍网或铝合金网，所述泡沫金属为泡沫铜、泡沫镍、泡沫铁、或泡沫铝。
4.根据权利要求3中所述的一步制备超疏水油水分离网膜的方法，其特征在于：所述金属织物网的目数为100～500目，所述泡沫金属的孔径具体为0.1～10.0mm。
5.根据权利要求1所述的一步制备超疏水油水分离网膜的方法，其特征在于：所述长链烷基酸为月桂酸、十三烷酸、肉豆蔻酸、十五烷酸、软脂酸、十七烷酸和硬脂酸中的任意一种或几种的混合物。
6.采用权利要求1-5中任一项所述的一步制备超疏水油水分离网膜的方法制备的超疏水油水分离网膜，其特征在于：所述超疏水油水分离网膜在空气中对水滴具有大于150°的接触角，而油滴在所述的油水分离网膜表面可以快速浸润并通过，具有超疏水超亲油性质。
7.根据权利要求6所述的超疏水油水分离网膜在油水分离或含油污水处理中的应用，其特征在于：所述油水混合物中的油为甲苯、正己烷、正辛烷、异辛烷、石油醚、汽油、煤油、柴油、植物油和原油中的至少一种。
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