CN111686478A - 一种油水乳液分离用碳泡沫膜材料、制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油水乳液分离用碳泡沫膜材料、制备方法和应用，属于环境功能材料制备与应用技术领域，该膜材料是将密胺海绵热处理，吸水压缩后得到的；该膜材料是一种自支撑的柔性膜，能够弯曲与折叠，力学强度高，适用于油水混合物和油水乳液的分离，具有分离速度快，稳定性好，能够循环使用等优势；本发明采用简单、绿色的合成方法，制备得到油水乳液分离用碳泡沫膜材料，所采用的原料价格低廉易得，制备工艺简单，操作简便，制备周期短，可实现工业化生产，具有很好的应用价值和市场前景。

Description

一种油水乳液分离用碳泡沫膜材料、制备方法和应用

技术领域

本发明涉及环境功能材料制备与应用技术领域，特别是涉及一种油水乳液分离用碳泡沫膜材料、制备方法和应用。

背景技术

实现油水混合物的高效快速分离，对于保护水环境、节约能源具有重要的意义。含油污水中油水乳化液是最难分离的一类，如何有效处理油水乳化液成为目前亟待解决的问题之一。传统方法对油水两相混合物具有较好的分离效果，但对油水微乳液的分离效果较差。在油水乳液型废水处理方面，以聚合物为主体的膜分离技术因其经济效益高、处理的工业废水类型多等特点引起人们极大地关注。虽然油水膜分离技术具有众多优势，但它们的制备工艺操作复杂，使用成本偏高，在使用过程中存在所需驱动压力大、分离通量低、耐高温性差、表面易被污染阻塞等，严重的影响油水乳液的分离效率。

目前公开的专利CN104826363A、CN104998552A等使用金属网和非金属网为基底制备出了超亲水和水下超疏油膜进行油水分离，虽然具有一定的油水乳液分离能力，但是存在膜材料耐化学品性能低、涂层与基底材料结合不牢固等缺陷，从而使膜材料失去油水分离性能。另外这些网膜的制备过程较为复杂，步骤较多且条件难以控制，也为实际应用带来了限制。因此，采用简单的工艺制备出高效、稳定、环境友好的具有油水乳液分离能力的材料方面还面临着挑战。

本发明为解决现有新型油水乳液分离材料大规模化困难，限制了其实际应用的技术难题，提出了一种成本低廉，合成方法简单，易规模化生产的用于油水乳液分离的碳泡沫膜材料的制备方法，目前，国内外公开出版物以及专利尚未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种油水乳液分离用碳泡沫膜材料、制备方法和应用，以解决上述现有技术存在的问题，本发明将密胺海绵热处理，吸水压缩后，即得到所述油水乳液分离用碳泡沫膜材料，该膜材料是一种自支撑的柔性膜，能够弯曲与折叠，力学强度高，适用于油水混合物和油水乳液的分离，具有分离速度快，稳定性好，能够循环使用等优势；且本发明是采用简单、绿色的合成方法，制备得到油水乳液分离用碳泡沫膜材料，所采用的原料价格低廉易得，制备工艺简单，操作简便，制备周期短，可实现工业化生产，具有很好的应用价值和市场前景。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种油水乳液分离用碳泡沫膜材料，是将密胺海绵进行热处理得到的。

进一步地，所述密胺海绵的孔道均为开放性孔道。

进一步地，所述热处理在无氧环境下进行。

进一步地，所述无氧环境为真空、氮气或惰性气体环境。

进一步地，所述热处理的方式为：以1-10℃/min，缓慢升温至300-500℃，保温1-6h。

进一步地，热处理之后自然冷却，浸入水中，碾压成膜、干燥。

进一步地，所述干燥温度为50-100℃。

本发明还提供一种上述的油水乳液分离用碳泡沫膜材料的制备方法，包括以下步骤：

a.将密胺海绵在无氧环境中，以温度1-10℃/分钟，缓慢升温至300-500℃，保温1-6小时进行热处理，自然冷却后即可得到碳泡沫材料；

b.将碳泡沫材料浸入水中，碾压成膜和干燥后，即得到油水乳液分离用碳泡沫膜材料。

本发明还提供一种上述的油水乳液分离用碳泡沫膜材料在油水分离中的应用。

进一步地，所述油水分离为油水混合物分离和/或油水乳液分离；

所述油水混合物分离中的油选自如下至少一种：甲苯、二氯乙烷、石油、正己烷、食用油、汽油和柴油；

所述油水乳液分离为不含表面活性剂的油水乳液或含表面活性剂的油水乳液的分离。

所述油水混合物分离时，可先用水浸渍润湿所述膜材料，再将所述油水混合物通过所述膜材料，所述油水混合物中的水通过膜材料，而油被截留在膜材料上，从而达到油水分离的目的；同样，所述油水混合物分离时，可先用相应的油浸渍润湿所述膜材料，再将所述油水混合物通过所述膜材料，所述油水混合物中的油通过膜材料，而水被截留在膜材料上，从而达到油水分离的目的；当然，也可不预先用水或油浸渍所述膜材料，只需将油水混合物通过膜材料，若油水混合物中的水先接触膜材料，则水通过，而油被截留在膜材料上，若油水混合物中的油先接触膜材料，则油通过，而水被截留在膜材料上。

所述不含表面活性剂的油水乳液，如油包水乳液和水包油乳液；所述含表面活性剂的油水乳液，如含司盘80和/或吐温80等的乳液。

当油水乳液为油包水乳液时，将其通过网膜时，乳液被破乳，油通过膜材料，而水被截留在膜材料上；当油水乳液为水包油乳液时，将其通过膜材料时，乳液被破乳，水通过膜材料，而油被截留在膜材料上。

本发明所提供的油水乳液分离用碳泡沫膜材料具有在空气中超亲水超亲油(在空气中与水和油的接触角接近于0°)、水下超疏油(在水下与油滴的接触角大于150°)、油下超疏水(在油下与水滴的接触角大于150°)的性质，具体可用于含油污水(如含有甲苯、二氯乙烷、石油、正己烷、食用油、汽油或柴油等)的油水分离、不含表面活性剂乳液(如油包水乳液和水包油乳液)和含表面活性剂乳液(如含司盘80、吐温80等的乳液)的分离。

本发明公开了以下技术效果：

本发明所提供的碳泡沫膜材料，原料易得，价格低廉，制备工艺简单，操作简便，可用于大范围制备。

本发明所提供的碳泡沫膜材料具有分离速度快、分离效果好等优势，适用于一般的油水混合物和油水乳液的分离处理，对含甲苯、二氯乙烷、石油、正己烷、食用油、汽油和柴油等油的油水混合物和混合油水乳液均能进行分离。

本发明提供的用于油水乳液分离的碳泡沫膜材料力学强度高，稳定性好，能够循环使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例1制备的油水乳液分离用碳泡沫膜材料的照片

图2为测量水滴或油滴在实施例1制备的碳泡沫膜材料表面的形状和接触角照片；其中，图2a为在水中测量1,2-二氯乙烷在碳泡沫膜材料表面的接触角照片，图2b为在甲苯中测量水在碳泡沫膜材料表面的接触角照片；

图3为本发明制备的碳泡沫膜材料用于分离油水混合物和油水乳液的实验装置与实验效果图；其中，a代表碳泡沫膜材料；b代表油水乳液；c代表通过碳泡沫膜材料的滤液；

图4为实施例1制备的碳泡沫膜材料对油水乳液分离效果图；其中，4a为油水乳液的光学显微镜照片；4b为油水乳液和滤液的光学照片；4c为滤液的光学显微镜照片。

具体实施方式

现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。

应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。

除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。

在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。

实施例1

本实施例油水乳液分离用碳泡沫膜材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将密胺海绵在氮气环境中，以5℃/min的升温速度，缓慢升温500℃，保温1h进行热处理，自然冷却后即可得到碳泡沫材料；

(2)将碳泡沫材料浸入水中，碾压成膜和干燥后，即得到油水乳液分离用碳泡沫膜材料。

图1为本实施例制备的油水乳液分离用碳泡沫膜材料的照片。

实施例2

本实施例油水乳液分离用碳泡沫膜材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将密胺海绵在氩气环境中，以10℃/min的升温速度，缓慢升温400℃，保温2h进行热处理，自然冷却后即可得到碳泡沫材料；

(2)将碳泡沫材料浸入水中，碾压成膜和干燥后，即得到油水乳液分离用碳泡沫膜材料。

实施例3

本实施例油水乳液分离用碳泡沫膜材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将密胺海绵在氩气环境中，以5℃/min的升温速度，缓慢升温350℃，保温4h进行热处理，自然冷却后即可得到碳泡沫材料；

(2)将碳泡沫材料浸入水中，碾压成膜和干燥后，即得到油水乳液分离用碳泡沫膜材料。

实施例4

本实施例油水乳液分离用碳泡沫膜材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将密胺海绵在氮气环境中，以10℃/min的升温速度，缓慢升温300℃，保温6h进行热处理，自然冷却后即可得到碳泡沫材料；

(2)将碳泡沫材料浸入水中，碾压成膜和干燥后，即得到油水乳液分离用碳泡沫膜材料。

实施例5

在空气中将实施例1得到的乳化油水分离用碳泡沫膜材料在水中浸泡2分钟，在水下测量该油水乳液分离用碳泡沫膜材料与1,2-二氯乙烷的接触角大于150°(如图2a所示)；将实施例1得到的油水乳液分离用碳泡沫膜材料在甲苯中浸泡2分钟，在油下测量该油水乳液分离用碳泡沫膜材料与水滴的接触角大于150°(如图2b所示)。实验结果表明：得到的碳泡沫膜材料具有典型的亲水-水下超疏油和亲油-油下超疏水性质；将油水混合物(如甲苯、二氯乙烷、石油、正己烷、食用油、汽油和柴油等)倒入固定有实施例1得到的油水乳液分离用碳泡沫膜材料的垂直放置的玻璃管中，若油水混合物中的水先接触膜材料，则水通过，而油被截留在膜材料上，若油水混合物中的油先接触膜材料，则油通过，而水被截留在膜材料上，具有有效的油水分离效果。

实施例6

利用图3所示的实验装置对实施例1得到的油水乳液分离用碳泡沫膜材料进行油水混合物的分离实验。将该碳泡沫膜材料固定在两个夹具中间，上、下分别接入进料玻璃管和出料玻璃管，用水浸渍润湿膜材料后，将二氯乙烷和水的混合物，经上方的进料玻璃管倒在该膜材料上，经过膜材料分离后，水穿过膜材料并从下方的出料玻璃管流下，同时二氯乙烷被阻挡在上方，实现分离油水混合物的目的，得到分离后的水和二氯乙烷；其中二氯乙烷可替换为石油、正己烷、食用油、汽油或柴油中的任一种。

实施例7

利用图3所示的实验装置对实施例2得到的油水乳液分离用碳泡沫膜材料进行油水混合物的分离实验。将该碳泡沫膜材料固定在两个夹具中间，上、下分别接入进料玻璃管和出料玻璃管，用甲苯浸渍润湿膜材料后，将甲苯和水的混合物，经上方的进料玻璃管倒在该膜材料上，经过膜材料分离后，甲苯穿过膜材料并从下方的出料玻璃管流下，同时水被阻挡在上方，实现分离油水混合物的目的，得到分离后的水和甲苯；其中甲苯可替换为二氯乙烷、石油、正己烷、食用油、汽油或柴油中的任一种。

实施例8

利用图3所示的实验装置对实施例1得到的油水乳液分离用碳泡沫膜材料进行油水乳液分离实验。将该碳泡沫膜材料固定在两个夹具中间，上、下分别接入进料玻璃管和出料玻璃管，用水浸渍润湿膜材料后，将甲苯与水的水包油乳液，体积比1：100，含2.0mg吐温80，磁力搅拌90分钟，经上方的进料玻璃管倒在该膜材料上，乳液经过膜材料破乳，水穿过膜材料并从下方的出料玻璃管流下，同时油被阻挡在上方，实现分离水包油乳液的目的，得到分离后的水，分离效果如图4所示；其中甲苯可替换为二氯乙烷、石油、正己烷、食用油、汽油或柴油中的任一种。

实施例9

利用图3所示的实验装置对实施例2得到的油水乳液分离用碳泡沫膜材料进行油水乳液分离实验。将该碳泡沫膜材料固定在两个夹具中间，上、下分别接入进料玻璃管和出料玻璃管，用柴油浸渍润湿膜材料后，将柴油与水的油包水乳液，体积比100：1，含2.0mg司盘80，磁力搅拌90分钟，经上方的进料玻璃管倒在该膜材料上，乳液经过碳泡沫膜材料破乳，油穿过碳泡沫膜材料并从下方的出料玻璃管流下，同时水被碳泡沫膜材料阻挡在上方，实现分离油包水乳液的目的，得到分离后的油；其中柴油可替换为甲苯、二氯乙烷、石油、正己烷、食用油或汽油中的任一种。

实施例10

利用图3所示的实验装置对实施例3的油水乳液分离用碳泡沫膜材料进行油水乳液分离实验。将该碳泡沫膜材料固定在两个夹具中间，上、下分别接入进料玻璃管和出料玻璃管，用水浸渍润湿膜材料后，将汽油与水的水包油乳液，体积比1：100，含2.0mg吐温80，磁力搅拌90分钟，经上方的进料玻璃管倒在该膜材料上，乳液经过膜材料破乳，水穿过膜材料并从下方的出料玻璃管流下，同时油被阻挡在上方，实现分离水包油乳液的目的，得到分离后的水；其中汽油可替换为甲苯、二氯乙烷、石油、正己烷、食用油或柴油中的任一种。

实施例11

利用图3所示的实验装置对实施例4的油水乳液分离用碳泡沫膜材料进行油水乳液分离实验。将该碳泡沫膜材料固定在两个夹具中间，上、下分别接入进料玻璃管和出料玻璃管，用水浸渍润湿膜材料后，将食用油与水的水包油乳液，体积比1：100，含2.0mg吐温80，磁力搅拌90分钟，经上方的进料玻璃管倒在该膜材料上，乳液经过膜材料破乳，水穿过膜材料并从下方的出料玻璃管流下，同时油被阻挡在上方，实现分离水包油乳液的目的，得到分离后的水；其中食用油可替换为甲苯、汽油、二氯乙烷、石油、正己烷或柴油中的任一种。

实施例12

利用图3所示的实验装置对实施例4得到的油水乳液分离用碳泡沫膜材料进行油水乳液分离实验。将该碳泡沫膜材料固定在两个夹具中间，上、下分别接入进料玻璃管和出料玻璃管，用正己烷浸渍润湿膜材料后，将正己烷与水的油包水乳液，体积比100：1，含2.0mg司盘80，磁力搅拌90分钟，经上方的进料玻璃管倒在该膜材料上，乳液经过碳泡沫膜材料破乳，油穿过碳泡沫膜材料并从下方的出料玻璃管流下，同时水被碳泡沫膜材料阻挡在上方，实现分离油包水乳液的目的，得到分离后的油；其中正己烷可替换为甲苯、二氯乙烷、石油、柴油、食用油或汽油中的任一种。

本发明的实验结果显示，通过本发明所述方法获得的碳泡沫膜材料具有分离速度快、分离效果好等优势，适用于一般的油水混合物和油水乳液的分离处理，对含甲苯、二氯乙烷、石油、正己烷、食用油、汽油和柴油等油的油水混合物和混合油水乳液均能进行分离。而且所述的碳泡沫膜材料具有极低的粘附性能，清洗简便，可反复使用，具有稳定的油水分离效果。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种油水乳液分离用碳泡沫膜材料，其特征在于，是将密胺海绵进行热处理得到的。

2.根据权利要求1所述的油水乳液分离用碳泡沫膜材料，其特征在于，所述密胺海绵的孔道均为开放性孔道。

3.根据权利要求1所述的油水乳液分离用碳泡沫膜材料，其特征在于，所述热处理在无氧环境下进行。

4.根据权利要求3所述的油水乳液分离用碳泡沫膜材料，其特征在于，所述无氧环境为真空、氮气或惰性气体环境。

5.根据权利要求1所述的油水乳液分离用碳泡沫膜材料，其特征在于，所述热处理的方式为：以1-10℃/min，缓慢升温至300-500℃，保温1-6h。

6.根据权利要求1所述的油水乳液分离用碳泡沫膜材料，其特征在于，热处理之后自然冷却，浸入水中，碾压成膜、干燥。

7.根据权利要求6所述的油水乳液分离用碳泡沫膜材料，其特征在于，所述干燥温度为50-100℃。

8.一种权利要求1-7任一项所述的油水乳液分离用碳泡沫膜材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.将密胺海绵在无氧环境中，以温度1-10℃/分钟，缓慢升温至300-500℃，保温1-6小时进行热处理，自然冷却后即可得到碳泡沫材料；

b.将碳泡沫材料浸入水中，碾压成膜和干燥后，即得到油水乳液分离用碳泡沫膜材料。

9.一种权利要求1-7任一项所述的油水乳液分离用碳泡沫膜材料在油水分离中的应用。

10.根据权利要求9所述的油水乳液分离用碳泡沫膜材料在油水分离中的应用，其特征在于，所述油水分离为油水混合物分离和/或油水乳液分离；

所述油水混合物分离中的油选自如下至少一种：甲苯、二氯乙烷、石油、正己烷、食用油、汽油和柴油；

所述油水乳液分离为不含表面活性剂的油水乳液或含表面活性剂的油水乳液的分离。

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