CN113005775A - 适用于恶劣环境的多孔超疏水碳纤维膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种适用于恶劣环境的多孔超疏水碳纤维膜的制备方法，属于膜分离处理含油废水技术领域。本发明包括以下步骤：(1)将醋酸锌粉末、聚丙烯腈粉末加入到溶剂中进行搅拌，静置脱泡，得到醋酸锌/聚丙烯腈纺丝液；(2)采用静电纺丝法，制备得到醋酸锌/聚丙烯腈纺丝膜；(3进行热处理得到多孔碳纤维膜；(4)采用盐酸预处理，再将碳纤维膜放入含氟硅烷和乙醇的混合液中进行反应，得到所述的多孔超疏水碳纤维膜。本发明设计科学合理，简单易实施，制备的碳纤维膜具有超疏水性能、高油通量，同时在强酸强碱、高温、含有有机溶剂等严苛、恶劣条件下依然具有良好的性能稳定性。

Description

适用于恶劣环境的多孔超疏水碳纤维膜的制备方法
技术领域
本发明涉及一种适用于恶劣环境的多孔超疏水碳纤维膜的制备方法，属于膜分离处理含油废水技术领域。
背景技术
随着城市工业化进程的加快，工业水平不断提升，来自工业生产的含油废水排放量不断提升。另外，海上漏油事件频频发生，这些含油废水的排放造成了严重的水污染、环境污染问题，最终威胁生态系统，危害人类健康。膜技术作为一种低成本、低能耗、简单、高效的分离方法，已广泛应用于污水净化、脱盐和含油污水处理等方面。
然而，膜技术在处理含油废水工程中往往面临着严重的膜污染问题，油污将膜孔堵塞造成膜通量急速下降，使得膜处理含油废水性能下降。另外，对于一些含有强酸、强碱、有机溶剂的特殊含油废水，普通的高分子分离膜在处理过程中易被腐蚀，导致其稳定性和寿命都大大降低。碳纤维是由碳元素组成的一种特种纤维，具有耐高温、抗摩擦、及耐强酸强碱腐蚀等特性，是制备用于特殊环境分离膜的优异材料。并且，含油废水的污染物主要集中在油相中，碳纤维天然的疏水特性能避免油类污染的问题，并且若控制碳纤维的制备方法将碳纤维设计成多孔的，能大大提升由碳纤维形成的碳纤维膜的油通量，从而提升含油废水的处理量和处理速度。然而，碳纤维由于本身的脆性导致在油水分离领域的应用受限。因此，提高碳纤维的柔性是提升碳纤维膜在油水分离领域应用的目标之一。一般制备多孔碳纤维主要是通过在纺丝液中添加造孔剂，如聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、水、纳米颗粒等，最后在碳纤维中形成的都是微孔或中孔，难以在纤维中形成大孔，且孔隙率较低，所以制备得到的碳纤维柔性仍然较低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种适用于恶劣环境的多孔超疏水碳纤维膜的制备方法，其设计科学合理，简单易实施，制备的碳纤维膜具有超疏水性能、高油通量，同时在强酸强碱、高温、含有有机溶剂等严苛、恶劣条件下依然具有良好的性能稳定性。
本发明所述的适用于恶劣环境的多孔超疏水碳纤维膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)将醋酸锌粉末、聚丙烯腈粉末加入到溶剂中进行搅拌，静置脱泡，得到醋酸锌/聚丙烯腈纺丝液；
(2)将醋酸锌/聚丙烯腈纺丝液，采用静电纺丝法，制备得到醋酸锌/聚丙烯腈纺丝膜；
(3)将醋酸锌/聚丙烯腈纺丝膜干燥后进行热处理得到多孔碳纤维膜；
(4)将得到的碳纤维膜首先采用盐酸预处理，再将碳纤维膜放入含氟硅烷和乙醇的混合液中进行反应，得到所述的多孔超疏水碳纤维膜。
优选的，醋酸锌粉末与聚丙烯腈粉末的质量比为1:50-1:1。
步骤(1)中，溶剂优选为N,N-二甲基甲酰胺、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺或二甲基亚砜。
优选的，静电纺丝时，电压为15-20kV，纺丝距离为15-20cm，接收滚筒转速为100-200rpm/min，纺丝液推注速度为0.6-0.8mL/min。
所述热处理包括预氧化和碳化，其中预氧化温度为200-300℃，预氧化时间为1-2h；碳化温度为800-1000℃，碳化时间为1-3h。
优选的，步骤(4)中，盐酸浓度为1-3mol/L。
步骤(4)中，含氟硅烷优选为全氟辛基三乙氧基硅烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷、十七氟癸基三甲氧基硅烷或十七氟癸基三乙氧基硅烷。
优选的，含氟硅烷与乙醇的质量比为1:20-1:50。
本发明制得的多孔超疏水碳纤维膜厚度为100-500μm，形式为平板膜或管式膜，碳纤维呈多孔性。碳纤维膜的水接触角大于145℃，重力作用下油通量为2800-4600L/(m2·h)，适用温度为5-90℃、pH为0-14。
利用所述的多孔超疏水碳纤维膜在重力驱动下可以对油水混合物进行过滤分离。所述油水混合物为油和水的混合物，或者加入表面活性剂的油水乳液。其中，油为四氯化碳、二甲基硅油、柴油、汽油、石油、真空泵油、植物油或动物油中的至少一种。
利用所述的多孔超疏水碳纤维膜进行耐溶剂实验。溶剂可以为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、盐酸、硫酸、氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、硝酸银溶液或氯化钠溶液中的至少一种。
本发明在纺丝液中加入了醋酸锌，静电纺丝后，在热处理过程中醋酸锌首先被还原成氧化锌，再被还原成锌单质，再在高于其沸点的温度下升华，最终在碳纤维中形成孔。碳纤维的多孔性增加了由碳纤维通过静电纺丝织成的碳纤维膜的油通量，高的油通量使得碳纤维膜在实际使用过程中处理含油废水的效率更高。
碳纤维材料本身具有耐酸碱、耐有机溶剂、耐高温或低温的优点。本发明对得到的多孔碳纤维膜表面进行氟化处理，进一步增加碳纤维膜表面的疏水性。具体的，氟化处理过程中先用盐酸处理的目的是在碳纤维膜表面形成羟基，然后和含氟硅烷进行反应，把含氟硅烷固定在碳纤维膜表面，该物质通过降低膜表面的表面能增加碳纤维膜的疏水性；在膜表面固定氟类物质后，再在酸、碱、有机溶剂、高温或低温等处理下，膜的疏水性依然保持，这就说明氟类物质在膜表面很稳定。
本发明结合静电纺丝技术，制得含有大孔的碳纤维膜，碳纤维上的大孔不仅能通过降低应力集中增加碳纤维的柔性，还能进一步增加碳纤维膜的通量，提升碳纤维膜对含油废水的处理量。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明将醋酸锌、聚丙烯腈以及溶剂混合得到的溶液作为纺丝液，通过静电纺丝、热处理以及低表面能处理制得碳纤维膜，该制备方法简单，易于操作，得到的碳纤维膜具有超疏水性，水接触角达到了155.9°；
(2)本发明制得的多孔超疏水碳纤维膜在低温、高温、强酸、强碱、高浓度有机溶剂环境下稳定性好：在5-90℃水溶液中浸泡5-20小时后，碳纤维膜的接触角大于154℃；在90℃下，分别在1mol/L的盐酸(pH＝0)或者氢氧化钠(pH＝14)溶液中浸泡5-20小时后，碳纤维膜的水接触角大于146℃；在25℃下，分别在5mol/L的盐酸、3mol/L的的硫酸、6mol/L的氢氧化钠、2mol/L的氢氧化钾、纯N,N-二甲基甲酰胺、纯二甲基亚砜、4mol/L氯化钠或者2mol/L硝酸银等溶液中浸泡10-30天后，碳纤维膜的水接触仍大于151℃；
(3)本发明制得的多孔超疏水碳纤维膜具有优异的油水分离性能，不管是对仅有油和水的混合物，还是加有表面活性剂的稳定油水乳液，仅重力驱动下油水分离效率均可达99.9％，油通量达到2800-4600L/(m2·h)，为含油废水处理提供了全新、有效的方法。
附图说明
图1为多孔超疏水碳纤维膜的扫描电镜图：(a)低分辨率，(b)高分辨率；
图2为多孔超疏水碳纤维膜的透射电镜图；
图3为多孔超疏水碳纤维膜的水接触角图；
图4为多孔超疏水碳纤维膜进行油水乳液分离的实验过程图：(a)分离前；(b)分离中；(c)分离后；
图5为多孔超疏水碳纤维膜浸泡后的接触角变化趋势图：(a)在不同温度的水中；(b)在相同温度和浓度的酸和碱中；(c)在各种酸、碱、有机溶剂和盐溶液中。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但其并不限制本发明的实施。
实施例1
一种适用于恶劣环境的多孔超疏水碳纤维膜的制备方法，包括以下步骤：
称取0.08g干燥的醋酸锌粉末、3.92g聚丙烯腈粉末、16g N,N-二甲基甲酰胺液置于三口烧瓶中搅拌10h，超声脱泡0.5h，得到醋酸锌/聚丙烯腈纺丝液，醋酸锌和聚丙烯腈质量比为1:50。
采用静电纺丝法制备醋酸锌/聚丙烯腈纺丝膜，纺丝电压为15kV，纺丝距离为15cm，接收器滚筒转速为100rpm/min，纺丝液推注速度为0.6mL/min。
将得静电纺丝到的醋酸锌/聚丙烯腈纺丝膜干燥后进行热处理。首先在200℃下进行预氧化1h，随后在800℃下进行碳化1h得到多孔碳纤维膜。
将得到的多孔碳纤维膜在1mol/L的盐酸溶液中进行表面预处理，随后用纯水进行清洗，将清洗后的、盐酸预处理过的碳纤维膜放入全氟辛基三乙氧基硅烷/乙醇溶液中进行表面硅烷化处理，全氟辛基三乙氧基硅烷和乙醇的质量比为1:50；反应后的碳纤维膜用纯水清洗，干燥，即得到适用于恶劣环境的多孔超疏水碳纤维膜。
以四氯化碳为油相和水进行混合、搅拌制备油水混合物，加入红油标记混合液中的油相，加入亚甲基蓝标记混合液中的水相。在重力驱动下采用所制备的碳纤维膜对油水混合物进行油水分离。
将碳纤维膜浸入N,N-二甲基甲酰胺溶剂中15天，测试其耐溶剂性能。
实施例2
适用于恶劣环境的多孔超疏水碳纤维膜的制备方法与实施例1相同，不同之处在于：
醋酸锌和聚丙烯腈质量比为1:30，纺丝电压为18kV，热处理过程中预氧化温度为300℃，对碳纤维膜表面进行预处理的盐酸浓度为2mol/L，十三氟辛基三甲氧基硅烷和乙醇的质量比为1:40。
适用于恶劣环境的多孔超疏水碳纤维膜的油水分离方法与实施例1相同，不同之处在于：油水混合物为四氯化碳、水、吐温80组成的稳定油水乳液。
碳纤维膜的耐溶剂性能测试方法与实施例1相同，不同之处在于所用溶剂为N,N-二甲基乙酰胺。
实施例3
适用于恶劣环境的多孔超疏水碳纤维膜的制备方法与实施例1相同，不同之处在于：
醋酸锌和聚丙烯腈质量比为1:10，纺丝距离为18cm，热处理过程中碳化温度为900℃，十七氟癸基三甲氧基硅烷和乙醇的质量比为1:30。
适用于恶劣环境的多孔超疏水碳纤维膜的油水分离方法与实施例1相同，不同之处在于：油水混合物由汽油和水组成。
碳纤维膜的耐溶剂性能测试方法与实施例1相同，不同之处在于所用溶剂为二甲基亚砜，浸泡时间为10天。
实施例4
适用于恶劣环境的多孔超疏水碳纤维膜的制备方法与实施例1相同，不同之处在于：
醋酸锌和聚丙烯腈质量比为1:5，静电纺丝接收器滚筒转速为200rpm，热处理过程中预氧化时间为2h，碳化温度为900℃，十七氟癸基三乙氧基硅烷和乙醇的质量比为1:20。
适用于恶劣环境的多孔超疏水碳纤维膜的油水分离方法与实施例1相同，不同之处在于：油水混合物为汽油、水、十二烷基硫酸钠组成的稳定油水乳液。
碳纤维膜的耐溶剂性能测试方法与实施例1相同，不同之处在于所用溶液为硝酸银溶液，浸泡时间为20天。
实施例5
适用于恶劣环境的多孔超疏水碳纤维膜的制备方法与实施例1相同，不同之处在于：
醋酸锌和聚丙烯腈质量比为1:3，纺丝液推注速度为0.7mL/min，热处理过程中碳化温度为1000℃，碳化时间为2h，对碳纤维膜表面进行预处理的盐酸浓度为3mol/L。
适用于恶劣环境的多孔超疏水碳纤维膜的油水分离方法与实施例1相同，不同之处在于：油水混合物为二甲基硅油、水、吐温80组成的稳定油水乳液。
碳纤维膜的耐溶剂性能测试方法与实施例1相同，不同之处在于所用溶液为盐酸，浸泡时间为10天。
实施例6
适用于恶劣环境的多孔超疏水碳纤维膜的制备方法与实施例1相同，不同之处在于：
醋酸锌和聚丙烯腈质量比为1:1，纺丝电压为20kV，纺丝液推注速度为0.8mL/min，碳化温度为1000℃，碳化时间为3h，对碳纤维膜表面进行预处理的盐酸浓度为2mol/L，全氟辛基三乙氧基硅烷和乙醇的质量比为1:40。
适用于恶劣环境的多孔超疏水碳纤维膜的油水分离方法与实施例1相同，不同之处在于：油水混合物为柴油、水、十二烷基磺酸钠组成的稳定油水乳液。
碳纤维膜的耐溶剂性能测试方法与实施例1相同，不同之处在于所用溶液为氢氧化钠溶液，浸泡时间为10天。
对比例1
适用于恶劣环境的超疏水碳纤维膜的制备方法与实施例1相同，不同之处在于纺丝液中未添加醋酸锌。油水分离方法与实施例1相同，耐溶剂性能测试方法与实施例1相同。
对比例2
适用于恶劣环境的超疏水碳纤维膜的制备方法与实施例1相同，不同之处在于将得到的多孔碳纤维膜在未通过盐酸处理情况下，直接放入全氟辛基三乙氧基硅烷/乙醇溶液中进行表面硅烷化处理。油水分离方法与实施例1相同，耐溶剂性能测试方法与实施例1相同。
性能测试：
本发明实施例1-6以及对比例1-2制备得到的适用于恶劣环境的多孔超疏水碳纤维膜的油水分离相关性能测试数据和恶劣条件下多孔碳纤维膜的疏水稳定性见表1。
本发明所采用的油水分离性能的分析方法为称重法，具体的，对分离前后的水进行称重，并用下式计算碳纤维膜的油水分离性能：
Figure BDA0002958080320000061
表1碳纤维膜油水分离相关性能测试结果
Figure BDA0002958080320000062
由表1结果可知，通过本发明实施例制备得到的多孔超疏水碳纤维膜具有优异的油水分离性能，在30s内对各种油水混合物的分离效率都大于99.9％，说明本发明制备的多孔超疏水碳纤维膜在油水分离过程中不易被污染，分离性能优异。另外，碳纤维膜的油通量大于2800L/(m2·h)，这说明本发明碳纤维膜对含油废水的处理具有高效、处理量大等优点。
对比例1采用未加入醋酸锌制备的无孔的超疏水碳纤维膜进行油水分离时，油通量会大大降低，虽然对油和水的分离效率达到了98.32％，但是分离时间和实施例1相比增加了4倍多。
对比例2省去盐酸对碳纤维膜的处理步骤，将膜直接浸入氟类物质的溶液中，此时氟类物质仅靠吸附存在于膜的表面，不稳定，在酸碱的浸泡下很容易从膜表面掉下来，也就是说膜表面的疏水性在酸碱或有机溶剂等存在下很不稳定；另外氟类物质的不稳定造成的是疏水性下降，也就是亲油性下降，结果也会造成油通量一定程度的下降。具体在耐溶剂性能测试后，水接触角下降至121℃，在使用过程中膜表面的疏水性下降，造成分离效率降低，分离时间延长。
而从表1和图5可知，本发明制得的多孔超疏水碳纤维膜在5-90℃水溶液中浸泡10小时后，碳纤维膜的接触角仍大于154℃；在90℃下，分别在1mol/L的盐酸(pH＝0)或者氢氧化钠(pH＝14)溶液中浸泡10小时后，碳纤维膜的水接触角仍大于146℃；在25℃下，分别在5mol/L的盐酸、3mol/L的的硫酸、6mol/L的氢氧化钠、2mol/L的氢氧化钾、纯N,N-二甲基甲酰胺、纯二甲基亚砜、4mol/L氯化钠或者1mol/L硝酸盐等溶液中浸泡20天后，碳纤维膜的水接触仍大于151℃，说明本发明制得的多孔超疏水碳纤维膜在严苛、恶劣环境下性能稳定。

Claims (10)

1.一种适用于恶劣环境的多孔超疏水碳纤维膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将醋酸锌粉末、聚丙烯腈粉末加入到溶剂中进行搅拌，静置脱泡，得到醋酸锌/聚丙烯腈纺丝液；
(2)将醋酸锌/聚丙烯腈纺丝液，采用静电纺丝法，制备得到醋酸锌/聚丙烯腈纺丝膜；
(3)将醋酸锌/聚丙烯腈纺丝膜干燥后进行热处理得到多孔碳纤维膜；
(4)将得到的碳纤维膜首先采用盐酸预处理，再将碳纤维膜放入含氟硅烷和乙醇的混合液中进行反应，得到所述的多孔超疏水碳纤维膜。
2.根据权利要求1所述的适用于恶劣环境的多孔超疏水碳纤维膜的制备方法，其特征在于：醋酸锌粉末与聚丙烯腈粉末的质量比为1:50-1:1。
3.根据权利要求1所述的适用于恶劣环境的多孔超疏水碳纤维膜的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺或二甲基亚砜。
4.根据权利要求1所述的适用于恶劣环境的多孔超疏水碳纤维膜的制备方法，其特征在于：静电纺丝时，电压为15-20kV，纺丝距离为15-20cm，接收滚筒转速为100-200rpm/min，纺丝液推注速度为0.6-0.8mL/min。
5.根据权利要求1所述的适用于恶劣环境的多孔超疏水碳纤维膜的制备方法，其特征在于：热处理包括预氧化和碳化，其中预氧化温度为200-300℃，预氧化时间为1-2h；碳化温度为800-1000℃，碳化时间为1-3h。
6.根据权利要求1所述的适用于恶劣环境的多孔超疏水碳纤维膜的制备方法，其特征在于：步骤(4)中，盐酸浓度为1-3mol/L。
7.根据权利要求1所述的适用于恶劣环境的多孔超疏水碳纤维膜的制备方法，其特征在于：步骤(4)中，含氟硅烷为全氟辛基三乙氧基硅烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷、十七氟癸基三甲氧基硅烷或十七氟癸基三乙氧基硅烷。
8.根据权利要求1或7所述的适用于恶劣环境的多孔超疏水碳纤维膜的制备方法，其特征在于：含氟硅烷与乙醇的质量比为1:20-1:50。
9.根据权利要求1所述的适用于恶劣环境的多孔超疏水碳纤维膜的制备方法，其特征在于：所述的多孔超疏水碳纤维膜厚度为100-500μm。
10.根据权利要求1所述的适用于恶劣环境的多孔超疏水碳纤维膜的制备方法，其特征在于：所述的多孔超疏水碳纤维膜形式为平板膜或管式膜，碳纤维呈多孔性。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113699686A (zh) * 2021-09-18 2021-11-26 浙江理工大学 一种光热转换复合纳米碳纤维膜及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106757538A (zh) * 2016-11-14 2017-05-31 天津工业大学 一种电纺丝方法制备多孔炭纤维制备方法
CN107237128A (zh) * 2017-07-21 2017-10-10 扬州大学 一种具有超双疏特性的柔性碳纤维的制备方法
CN110029488A (zh) * 2019-03-14 2019-07-19 新疆大学 一种具有核-壳结构的超疏水碳纤维膜及其制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106757538A (zh) * 2016-11-14 2017-05-31 天津工业大学 一种电纺丝方法制备多孔炭纤维制备方法
CN107237128A (zh) * 2017-07-21 2017-10-10 扬州大学 一种具有超双疏特性的柔性碳纤维的制备方法
CN110029488A (zh) * 2019-03-14 2019-07-19 新疆大学 一种具有核-壳结构的超疏水碳纤维膜及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
吴佩华等: "PAN基碳纳米多孔纤维的制备及吸附性能研究", 《上海纺织科技》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113699686A (zh) * 2021-09-18 2021-11-26 浙江理工大学 一种光热转换复合纳米碳纤维膜及其制备方法
CN113699686B (zh) * 2021-09-18 2023-09-01 浙江理工大学 一种光热转换复合纳米碳纤维膜及其制备方法

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