CN112999698A - 一种用于油水分离的Ni3S2纳米棒/不锈钢网材料的制备方法 - Google Patents

一种用于油水分离的Ni3S2纳米棒/不锈钢网材料的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112999698A
CN112999698A CN202110239351.8A CN202110239351A CN112999698A CN 112999698 A CN112999698 A CN 112999698A CN 202110239351 A CN202110239351 A CN 202110239351A CN 112999698 A CN112999698 A CN 112999698A
Authority
CN
China
Prior art keywords
stainless steel
water
oil
solution
steel mesh
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110239351.8A
Other languages
English (en)
Inventor
于思荣
尹晓丽
王丽媛
王珺
王康
朱光
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China University of Petroleum East China
Original Assignee
China University of Petroleum East China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China University of Petroleum East China filed Critical China University of Petroleum East China
Priority to CN202110239351.8A priority Critical patent/CN112999698A/zh
Publication of CN112999698A publication Critical patent/CN112999698A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D17/00—Separation of liquids, not provided for elsewhere, e.g. by thermal diffusion
    • B01D17/02—Separation of non-miscible liquids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G33/00—Dewatering or demulsification of hydrocarbon oils

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于油水分离的Ni3S2纳米棒/不锈钢网材料的制备方法，属于金属材料表面改性领域。预先对不锈钢网表面进行超声清洗、碱洗除油和酸洗活化，然后经过电沉积镍和溶剂热反应后在表面形成具有纳米棒状的Ni3S2涂层，最后在C14H28O2乙醇溶液中进行化学修饰，使表面获得超疏水/超亲油功能。去离子水在该涂层表面的接触角超过150°，滚动角低于10°，煤油在表面的接触角为0°。该油水分离材料的制备方法简单，易于控制，成本低廉，不需要特殊的设备，且获得的Ni3S2纳米棒/不锈钢网材料对油水混合物的分离效率高、循环能力强，有利于实现工业化生产。

Description

一种用于油水分离的Ni3S2纳米棒/不锈钢网材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于油水分离的Ni3S2纳米棒/不锈钢网材料的制备方法，属于金属材料表面改性领域。具体涉及对不锈钢网表面进行预处理、电沉积处理、硫化处理和化学修饰，从而使不锈钢网表面获得具有超疏水/超亲油功能的Ni3S2纳米涂层的制备方法。
背景技术
海上原油泄漏和工业油污废水的排放对海洋环境和生态系统造成了严重的污染和破坏，急需开发有效的油水分离方式对油污进行回收再利用，净化海洋及生态环境。传统的油水分离技术有重力法、离心法、吸附法和原位燃烧法等，但这些传统的方法一般都存在着分离效率低、成本高和造成二次污染等问题，因此，研究新型高效的油水分离材料对油水混合物进行分离，对实现油污染物的纯化和收集具有重要意义。
超疏水涂层因为其表面特殊的微纳结构和低表面能对油和水分别表现出了极端的超润湿特性，因此考虑在耐蚀性较强的金属网表面构建超疏水涂层实现油水分离。中国专利(公开号为CN107362587A，公开日期为2017年11月21日)公开了一种超疏水/超亲油金属镍网的制备方法，该方法通过水热反应在金属镍网表面制备具有微纳米结构的Ni3S2或Ni3S2/MoS2的复合涂层，经过硅烷偶联剂或/和硫醇类长链化合物修饰后获得超疏水/超亲油功能。中国专利(公开号为CN112156501A，公开日期为2021年1月1日)公开了一种以不锈钢为基底的超疏水超亲油的油水分离材料，该方法通过
Figure BDA0002961543240000011
法制备纳米SiO2，使用硅烷偶联剂进行疏水改性，利用一步浸渍法在经过表面预处理的不锈钢网上制备了一种用于油水分离的超疏水/超亲油材料。通过以上方法均获得了优异的超亲油特性，但是获得的材料表面与去离子水的滚动角均大于10°，其水滴滚动角并不符合超疏水表面的要求。
本发明采用电沉积法和溶剂热反应法在304不锈钢表面制备了具有纳米棒结构的Ni3S2涂层，表面经过C14H28O2乙醇溶液化学修饰后获得超疏水/超亲油功能。本发明涉及到的制备方法简单且易于控制，成本低廉，不需要特殊的设备，获得的Ni3S2纳米棒/不锈钢网对油水混合物的分离效率高、循环能力强，有利于实现工业化生产。
发明内容
本发明旨在开发一种用于油水分离的Ni3S2纳米棒/不锈钢网材料的制备方法，使不锈钢网表面具有超疏水/超亲油特性。
为实现上述目的，本发明的具体工艺流程如下：
(1)表面预处理：将纯镍片和150-300目的不锈钢网依次在去离子水、无水乙醇中超声清洗10min，取出后快速干燥；将清洗后的不锈钢网浸泡在50mL由0.75mol/L NaOH、0.19mol/L Na2CO3、0.12mol/L Na3PO4和0.08mol/L Na2SiO3组成的碱洗水溶液中，在65℃下水浴加热15min以清除试样表面的杂质和油污，冷风吹干；然后将不锈钢网在室温下的10vol％HCl溶液中浸泡1min以活化表面；
(2)电沉积镍处理：配制150mL含有0.75-1.5mol/L NiCl2·6H2O、0.80-1.2mol/LH3BO3和0.30-0.60mmol/L C12H25SO4Na的均匀电沉积溶液；将步骤(1)获得的纯镍片作为阳极，不锈钢网作为阴极，电流密度为6-10A/dm2，电极距离为4cm，在40-70℃下沉积10-30min；反应结束后，取出不锈钢网并用去离子水冲洗，干燥后备用；
(3)硫化处理：配制60mL含有1.46-4.38mmol CH3CSNH2(TAA)、1.30-2.92mmolNiSO4、30-50mmol NaOH和1.37-4.11mmol C19H42BrN(CTAB)的均质乙醇水溶液，在30-60℃下加热搅拌5-30min；将混合溶液和经步骤(2)获得的电沉积试样放入聚四氟乙烯衬里的不锈钢反应釜中，密封，在110-200℃下反应2-10h；反应结束后，待反应釜自然冷却至室温，取出试样用无水乙醇冲洗，然后将试样放到真空干燥箱内在50-80℃下烘干2h；
(4)表面化学修饰：将经步骤(3)获得的试样在0.01-0.05mol/L的C14H28O2乙醇溶液中浸泡12-24h，取出后在25-50℃下干燥2-6h，获得超疏水/超亲油的Ni3S2纳米棒/不锈钢网材料。
取3μL去离子水对涂层表面进行测试，发现水滴与该表面的接触角大于150°，滚动角小于10°，煤油在表面的接触角为0°。利用该超疏水/超亲油的Ni3S2纳米棒/不锈钢网材料对水和煤油的混合物进行分离，分离效率可达99％，循环分离100次以后该材料的分离效率仍可达97％以上。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明获得的Ni3S2纳米棒/不锈钢网油水分离材料对油水混合物的效率高且可以循环利用。
(2)采用该方法获得的Ni3S2纳米棒/不锈钢网材料中不含有氟物质，对环境友好。
(3)本发明获得的油水分离材料，制备工艺简单，成本低廉，对试样的形状和尺寸无特殊要求，适用范围广，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1是不锈钢网表面Ni3S2涂层的XRD图谱；
图2是不锈钢网表面Ni3S2涂层的SEM照片；
图3是去离子水和煤油在Ni3S2纳米棒/不锈钢网油水分离材料表面上形貌的照片。
具体实施例
下面结合附图对本发明做进一步说明。
本发明的目的是开发一种用于油水分离的Ni3S2纳米棒/不锈钢网材料的制备方法。为达到上述目的，本发明以304不锈钢网为研究对象，在不锈钢网表面制备了具有纳米棒状结构的超疏水/超亲油的Ni3S2纳米棒/不锈钢网材料。
实施例一：
(1)将200目的304不锈钢网剪裁成尺寸为40mm×25mm的试样，纯镍片切割成尺寸为40mm×20mm×3mm的试样，依次在去离子水、无水乙醇中超声清洗10min，取出后快速干燥；将清洗后的不锈钢网浸泡在50mL由0.75mol/L NaOH、0.19mol/L Na2CO3、0.12mol/LNa3PO4和0.08mol/L Na2SiO3组成的碱洗水溶液中，在65℃下水浴加热15min以清除试样表面的杂质和油污，冷风吹干；然后将不锈钢网在室温下的10vol％HCl溶液中浸泡1min以活化表面；
(2)配制150mL含有1.0mol/L NiCl2·6H2O、1.0mol/L H3BO3和0.50mmol/LC12H25SO4Na的均匀电沉积溶液。将步骤(1)获得的纯镍片作为阳极，不锈钢网作为阴极，电流密度为8A/dm2，电极距离为4cm，在60℃下沉积20min；反应结束后，取出不锈钢网并用去离子水冲洗，干燥后备用；
(3)配制60mL含有2.92mmol TAA、1.30mmol NiSO4、45mmol NaOH和2.75mmol CTAB的均质乙醇水溶液，在50℃下加热搅拌15min；将混合溶液和经步骤(2)获得的电沉积试样放入聚四氟乙烯衬里的不锈钢反应釜中，密封，在170℃下反应6h；反应结束后，待反应釜自然冷却至室温，取出试样用无水乙醇冲洗，然后将试样放到真空干燥箱内在60℃下烘干2h，获得具有纳米棒结构的Ni3S2涂层，其XRD图谱如图1所示。涂层表面的SEM照片如图2所示。
(4)将经步骤(3)获得的试样在0.02mol/L的C14H28O2乙醇溶液中浸泡12h，取出后在35℃下干燥6h，获得超疏水/超亲油的Ni3S2纳米棒/不锈钢网材料。
取3μL去离子水对涂层表面进行测试，发现水滴与该表面的接触角为159°，滚动角为3.7°，煤油在表面的接触角为0°，如图3所示。利用该超疏水/超亲油的Ni3S2纳米棒/不锈钢网材料对水和煤油的混合物进行分离，分离效率可达99％，循环分离100次以后该材料的分离效率仍可达97％以上。
实施例二：
(1)将150目的304不锈钢网剪裁成尺寸为40mm×25mm的试样，纯镍片切割成尺寸为40mm×20mm×3mm的试样，依次在去离子水、无水乙醇中超声清洗10min，取出后快速干燥；将清洗后的不锈钢网浸泡在50mL由0.75mol/L NaOH、0.19mol/L Na2CO3、0.12mol/LNa3PO4和0.08mol/L Na2SiO3组成的碱洗水溶液中，在65℃下水浴加热15min以清除试样表面的杂质和油污，冷风吹干；然后将不锈钢网在室温下的10vol％HCl溶液中浸泡1min以活化表面；
(2)配制150mL含有0.75mol/L NiCl2·6H2O、0.8mol/L H3BO3和0.60mmol/LC12H25SO4Na的均匀电沉积溶液。将步骤(1)获得的纯镍片作为阳极，不锈钢网作为阴极，电流密度为6A/dm2，电极距离为4cm，在70℃下沉积10min；反应结束后，取出不锈钢网并用去离子水冲洗，干燥后备用；
(3)配制60mL含有1.46mmol TAA、2.11mmol NiSO4、30mmol NaOH和1.37mmol CTAB的均质乙醇水溶液，在30℃下加热搅拌30min；将混合溶液和经步骤(2)获得的电沉积试样放入聚四氟乙烯衬里的不锈钢反应釜中，密封，在110℃下反应10h；反应结束后，待反应釜自然冷却至室温，取出试样用无水乙醇冲洗，然后将试样放到真空干燥箱内在80℃下烘干2h，获得具有纳米棒结构的Ni3S2涂层。
(4)将经步骤(3)获得的试样在0.01mol/L的C14H28O2乙醇溶液中浸泡24h，取出后在50℃下干燥2h，获得超疏水/超亲油的Ni3S2纳米棒/不锈钢网材料。
取3μL去离子水对涂层表面进行测试，发现水滴与该表面的接触角为153°，滚动角为7.6°，煤油在表面的接触角为0°。利用该超疏水/超亲油的Ni3S2纳米棒/不锈钢网材料对水和煤油的混合物进行分离，分离效率可达97％。
实施例三
(1)将300目的304不锈钢网剪裁成尺寸为40mm×25mm的试样，纯镍片切割成尺寸为40mm×20mm×3mm的试样，依次在去离子水、无水乙醇中超声清洗10min，取出后快速干燥；将清洗后的不锈钢网浸泡在50mL由0.75mol/L NaOH、0.19mol/L Na2CO3、0.12mol/LNa3PO4和0.08mol/L Na2SiO3组成的碱洗水溶液中，在65℃下水浴加热15min以清除试样表面的杂质和油污，冷风吹干；然后将不锈钢网在室温下的10vol％HCl溶液中浸泡1min以活化表面；
(2)配制150mL含有1.5mol/L NiCl2·6H2O、1.2mol/L H3BO3和0.60mmol/LC12H25SO4Na的均匀电沉积溶液。将步骤(1)获得的纯镍片作为阳极，不锈钢网作为阴极，电流密度为10A/dm2，电极距离为4cm，在40℃下沉积30min；反应结束后，取出不锈钢网并用去离子水冲洗，干燥后备用；
(3)配制60mL含有4.38mmol TAA、2.92mmol NiSO4、50mmol NaOH和4.11mmol CTAB的均质乙醇水溶液，在60℃下加热搅拌5min；将混合溶液和经步骤(2)获得的电沉积试样放入聚四氟乙烯衬里的不锈钢反应釜中，密封，在200℃下反应2h；反应结束后，待反应釜自然冷却至室温，取出试样用无水乙醇冲洗，然后将试样放到真空干燥箱内在50℃下烘干2h，获得具有纳米棒结构的Ni3S2涂层。
(4)将经步骤(3)获得的试样在0.05mol/L的C14H28O2乙醇溶液中浸泡12h，取出后在25℃下干燥6h，获得超疏水/超亲油的Ni3S2纳米棒/不锈钢网材料，取3μL去离子水对涂层表面进行测试，发现水滴与该表面的接触角为151°，滚动角为8.3°，油在表面的接触角为0°。利用该超疏水/超亲油的Ni3S2纳米棒/不锈钢网材料对水和煤油的混合物进行分离，分离效率可达96％。

Claims (1)

1.一种用于油水分离的Ni3S2纳米棒/不锈钢网材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)表面预处理：将纯镍片和150-300目的不锈钢网依次在去离子水、无水乙醇中超声清洗10min，取出后快速干燥；将清洗后的不锈钢网浸泡在50mL由0.75mol/L NaOH、0.19mol/L Na2CO3、0.12mol/L Na3PO4和0.08mol/L Na2SiO3组成的碱洗水溶液中，在65℃下水浴加热15min以清除试样表面的杂质和油污，冷风吹干；然后将不锈钢网在室温下的10vol％HCl溶液中浸泡1min以活化表面；
(2)电沉积镍处理：配制150mL含有0.75-1.5mol/L NiCl2.6H2O、0.80-1.2mol/L H3BO3和0.30-0.60mmol/L C12H25SO4Na的均匀电沉积溶液；将步骤(1)获得的纯镍片作为阳极，不锈钢网作为阴极，电流密度为6-10A/dm2，电极距离为4cm，在40-70℃下沉积10-30min；反应结束后，取出不锈钢网并用去离子水冲洗，干燥后备用；
(3)硫化处理：配制60mL含有1.46-4.38mmol CH3CSNH2、1.30-2.92mmol NiSO4、30-50mmol NaOH和1.37-4.11mmol C19H42BrN的均质乙醇水溶液，在30-60℃下加热搅拌5-30min；将混合溶液和经步骤(2)获得的电沉积试样放入聚四氟乙烯衬里的不锈钢反应釜中，密封，在110-200℃下反应2-10h；反应结束后，待反应釜自然冷却至室温，取出试样用无水乙醇冲洗，然后将试样放到真空干燥箱内在50-80℃下烘干2h；
(4)表面化学修饰：将经步骤(3)获得的试样在0.01-0.05mol/L的C14H28O2乙醇溶液中浸泡12-24h，取出后在25-50℃下干燥2-6h，获得超疏水/超亲油的Ni3S2纳米棒/不锈钢网材料。
CN202110239351.8A 2021-03-04 2021-03-04 一种用于油水分离的Ni3S2纳米棒/不锈钢网材料的制备方法 Pending CN112999698A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110239351.8A CN112999698A (zh) 2021-03-04 2021-03-04 一种用于油水分离的Ni3S2纳米棒/不锈钢网材料的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110239351.8A CN112999698A (zh) 2021-03-04 2021-03-04 一种用于油水分离的Ni3S2纳米棒/不锈钢网材料的制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112999698A true CN112999698A (zh) 2021-06-22

Family

ID=76404991

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110239351.8A Pending CN112999698A (zh) 2021-03-04 2021-03-04 一种用于油水分离的Ni3S2纳米棒/不锈钢网材料的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112999698A (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160310908A1 (en) * 2013-12-10 2016-10-27 University Of South Carolina Ultrathin, graphene-based membranes for water treatment and methods of their formation and use
CN109136886A (zh) * 2018-10-17 2019-01-04 中国石油大学(华东) 一种在纯镍板表面制备Ni3S2超疏水涂层的方法
CN111228858A (zh) * 2020-02-17 2020-06-05 大连理工大学 一种超疏水超亲油镀镍碳纤维的制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160310908A1 (en) * 2013-12-10 2016-10-27 University Of South Carolina Ultrathin, graphene-based membranes for water treatment and methods of their formation and use
CN109136886A (zh) * 2018-10-17 2019-01-04 中国石油大学(华东) 一种在纯镍板表面制备Ni3S2超疏水涂层的方法
CN111228858A (zh) * 2020-02-17 2020-06-05 大连理工大学 一种超疏水超亲油镀镍碳纤维的制备方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
夏志新: "《液压系统污染控制》", 31 December 1992 *
沈一洲等: "《分级结构表面的超疏水特性及应用》", 28 February 2017 *
金学军等: "《化学工程与工艺综合创新实验》", 30 November 2017 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109136886B (zh) 一种在纯镍板表面制备Ni3S2超疏水涂层的方法
CN106830452B (zh) 一种从化学镀镍老化液中回收镍、缓冲盐和水的方法
CN105568330B (zh) 一种钢基防垢表面层的制备方法
CN110970630B (zh) 一种CuO纳米片及其自上而下的制备方法与应用
CN103588164A (zh) 一种金属铜银微纳米多级结构超疏水表面及其制备方法
CN107497302B (zh) 以铜泡沫为基底的仿生超疏水膜的制备方法及其应用
CN105401153A (zh) 一种具有耐蚀性能的纯铜超疏水表面的制备方法
CN112090117A (zh) 一种具有磁响应油水分离材料的制备方法
CN110581026A (zh) 一种过渡金属硒化物/有序多孔石墨烯气凝胶复合电极材料及其制备方法
CN109802175A (zh) 一种钠离子电池凝胶态电解质的制备方法
CN105200509A (zh) 一种电子储能材料的清洗方法
CN104841287A (zh) 一种多功能分等级油水分离复合膜材料的制备方法
CN110683588A (zh) 一种自支撑CoMoS4超级电容器电极材料及制备方法和应用
CN110635122A (zh) 超薄褶皱碳层包覆ZnS复合夹层材料及其制备方法和用途
CN108239774A (zh) 一种镍基析氢电极材料及其制备方法
CN110492076B (zh) 一种二维多孔六边形金属氧化物纳米片复合材料的制备方法及其在钾离子电池中的应用
CN114079095B (zh) 一种利用废旧电池制备铜基负极材料的方法
CN112999698A (zh) 一种用于油水分离的Ni3S2纳米棒/不锈钢网材料的制备方法
CN112723495A (zh) 一种氧化石墨烯-Cu-Co/泡沫钛基板复合电极、其制备方法及其应用
CN109320760B (zh) 一种碳纳米管/聚氨酯/聚偏氟乙烯吸油泡沫的制备方法
CN105024051A (zh) 一种锂离子电池用碳材料包覆镍钴铝镁氧化物的制备方法
CN109989056B (zh) 一种在镍网表面制备超疏水纳米Ni3S2涂层的方法
CN109609795B (zh) 一种三维多孔锡材料的制备方法
CN109768233B (zh) 锂离子电池NiCo2S4/石墨烯复合负极材料的制备方法
CN109126814B (zh) 一种微纳米结构钼酸铜原位生长的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210622

RJ01 Rejection of invention patent application after publication