CN113073477A - 一种用于油水分离的超亲水抗污棉织物及用于该棉织物的两性离子水凝胶 - Google Patents

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Abstract

本发明属于油水分离领域，具体涉及一种用于油水分离的超亲水抗污棉织物及用于该棉织物的两性离子水凝胶，所述超亲水抗污棉织物以棉织物为基材，两性离子水凝胶为涂覆液，形成水凝胶涂层棉织物，并分别提供了超亲水抗污棉织物和两性离子水凝胶的制备方法。本发明解决了疏水型油水分离膜的膜孔被油污堵塞，造成通量的减小和使用寿命降低的问题，利用两性离子水凝胶实现了棉织物的超亲水性、稳定性和自修复性，同时棉织物具备良好的抗污性能。

Description

一种用于油水分离的超亲水抗污棉织物及用于该棉织物的两 性离子水凝胶
技术领域
本发明属于油水分离领域，具体涉及一种用于油水分离的超亲水抗污棉织物及用于该棉织物的两性离子水凝胶。
背景技术
现如今，工业排放的含油废水日益增加，以及频繁的原油泄漏事故对我们的日常生活，自然环境和人们的健康造成了灾难性的破坏。因此，开发有效的油水分离方法已迫在眉睫。传统的油水分离技术，如离心、气浮、吸附、絮凝等，往往存在分离效率低、操作设备复杂、能耗高等缺点。近年来，膜分离技术因其高效、节能、连续运行、环保等优点而成为含油废水处理最有效的方法之一。油水分离材料原则上要具有特殊的表面润湿性，作为典型之一的超疏水类型油水分离膜是允许油通过膜，水被阻隔，这样很容易导致膜孔被油污堵塞，造成分离膜通量的减小和分离膜使用寿命的降低。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明提供一种具有亲水性和抗污性能的棉织物，具有良好的油水分离能力和自修复能力，解决了疏水型油水分离膜的膜孔被油污堵塞，造成通量的减小和使用寿命的降低的问题。
为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：
一种用于油水分离的超亲水抗污棉织物，以棉织物为基材，两性离子水凝胶为涂覆液，形成水凝胶涂层棉织物。
进一步的，所述两性离子水性凝胶以p(SBMA-co-HEA)和PVA的混合液为前驱体溶液，以硼砂溶液为交联溶液，交联形成两性离子凝胶。
再进一步的，所述超亲水抗污棉织物的制备方法，包括如下步骤：步骤1，将p(SBMA-co-HEA)和PVA的混合液作为前驱体溶液倒入丝网印花装置内，然后用移动的刮刀将其挤压到棉织物表面，形成均匀涂覆；步骤2，将涂覆后的棉织物加入至硼砂溶液中交联反应，经过冻融循环后得到水凝胶层棉织物。
其中，所述步骤1的前驱体溶液是在去离子水中加入p(SBMA-co-HEA)和PVA，并于95℃温度下搅拌3h溶解。
所述步骤2中的硼砂溶液的浓度为2wt％，所述冻融是在-15℃下冷冻24h，然后在室温下解冻1小时，且上述冻融过程重复3次。
所述p(SBMA-co-HEA)以SBMA、HEA和AIBN为原材料，以乙醇水溶液为溶剂反应得到，具体制备步骤如下：步骤a，将SBMA、HEA和AIBN溶解在乙醇水溶液中，室温下搅拌并通氮气脱气20min，然后在封闭小瓶中以70℃的温度搅拌15h进行反应，得到白色沉淀；步骤b，将白色沉淀溶解于70℃的热水中，滴加到冷乙醇中形成沉淀，经离心和三次提纯，在70℃真空烘箱内干燥得到p(SBMA-co-HEA)。
一种两性离子水凝胶，以p(SBMA-co-HEA)为两性离子聚合物，以PVA和硼砂溶液为水凝胶体系，交联与冻融循环，得到两性离子水凝胶，具体步骤如下：在去离子水中加入p(SBMA-co-HEA)和PVA，并于95℃温度下搅拌3h溶解，然后加入硼砂溶液，静置后冻融循环得到两性水凝胶。其中，所述冻融是在-15℃下冷冻24h，然后在室温下解冻1小时，且上述冻融过程重复3次。
所述p(SBMA-co-HEA)的制备步骤如下：步骤a，将SBMA、HEA和AIBN溶解在乙醇水溶液中，室温下搅拌并通氮气脱气20min，然后在封闭小瓶中以70℃的温度搅拌15h进行反应，得到白色沉淀；步骤b，将白色沉淀溶解于70℃的热水中，然后滴加到冷乙醇中形成沉淀，经离心和三次提纯，在70℃真空烘箱内干燥得到p(SBMA-co-HEA)。
从以上描述可以看出，本发明具备以下优点：
本发明解决超疏水分离膜易被油污堵塞，无抗污能力的问题，利用两性离子聚合物加入水凝胶中，并覆膜在棉织物上，利用两性离子聚合物分子链上含有两种电性相反的基团，并且在水中可以电离的特性，形成超亲水特性的同时，具备良好的抗污效果，实现油水分离。
附图说明
图1是本发明中两性离子水性凝胶的自修复性的实验流程。
图2是本发明实施例中的水凝胶涂覆的棉织物和初始棉织物的SEM图和元素检测图。
图3是本发明实施例中的棉织物的水下油接触角以及空气中水润湿情况照片。
图4是本发明实施例中的棉织物的油水分离效率图以及在酸碱盐条件下的稳定性。
图5是本发明实施例中的棉织物的抗污性能试验流程图。
图6是本发明实施例中的棉织物与常规棉织物的抗污性能对比试验图。
具体实施方式
结合图1至图6，详细说明本发明的一个具体实施例，但不对本发明的权利要求做任何限定。
实施例
一种用于油水分离的超亲水抗污棉织物，以棉织物为基材，两性离子水凝胶为涂覆液，形成水凝胶涂层棉织物。
步骤1，两性离子共聚物的合成
s1，将SBMA、HEA和AIBN(摩尔比60:40:1，SBMA为2g)溶解到18毫升乙醇和水的混合物(5:1，v/v)中，在室温下搅拌并通N2脱气20分钟；然后在封闭小瓶中，在70℃的温度下搅拌15h进行反应；此时瓶底析出白色沉淀；
s2，将白色沉淀溶解于70℃的热水中，滴加到冷乙醇中，从溶液中沉淀出两性离子共聚物，然后离心并撇去上层液体，重复三次以提纯沉淀，并在70℃的真空烘箱中干燥，得到p(SBMA-co-HEA)；
步骤2，两性离子水凝胶涂覆棉织物的制备
步骤a，在3mL去离子水中加入1g p(SBMA-co-HEA)和0.7g PVA，在95℃的温度下搅拌3h溶解，得到均匀的前驱体溶液，并将前驱体溶液加入至丝网印花装置的网版一端，用移动的刮刀将前驱液从网孔中挤压到棉织物上，形成棉织物的均匀涂覆；
步骤b，将均匀涂覆的棉织物加入至硼砂溶液(2wt％)中交联反应，结束后在-15℃温度下冷冻24h，然后在室温下解冻1小时，整个过程重复3次，得到超亲水抗污棉织物。
相应的，所述两性离子水凝胶的制备：包括
t1，在3mL去离子水中加入1g p(SBMA-co-HEA)和0.7g PVA，95℃搅拌3h溶解，得到均匀的前驱体溶液，然后加入1.05mL(2wt％)硼砂溶液；在加入过程中，溶液粘度显著增加，两性离子水凝胶迅速形成，静置一段时间使交联剂B(OH)4-在水凝胶中的均匀分布；
t2，将沉淀放入在-15℃温度下冷冻24h，然后在室温下解冻1小时，整个过程重复3次，得到两性离子水凝胶。该步骤诱导PVA链间通过氢键和结晶作用形成物理交联点，以提升水凝胶的力学性能。
实施例的性能检测
1.两性离子水凝胶的检测
如图1，取两块相同的两性离子水凝胶，其中一块用亚甲基蓝染色过。将水凝胶切开后轻轻靠拢，10min以后可以观察到水凝胶已经自我愈合。自修复的水凝胶可以承受200g砝码的拉伸，这可以证明水凝胶已经自愈合的非常好。并且,图e说明该水凝胶具备一定的自恢复性能(受到拉伸产生形变，外力撤去后可以恢复到原来的形状)。12h后可以观察到水凝胶碎块之间的边界已经模糊，这也可以证明水凝胶之间具有很好的相容性和良好的自修复性能。在力学性能方面，水性胶在10min的自修复效率达到80％，同时循环拉伸中，3次间隔2min的连续拉伸循环曲线重合较好，证明水凝胶具有较好的自修复性能。
2.水凝胶涂覆的棉织物检测
如图2所示，水凝胶涂覆的棉织物进行表面元素的检测，发现棉织物表面存在凝胶液中的元素，证明了水凝胶成功涂覆在棉织物表面。
在疏油特性的实验中，如图3所示，(a)是不同类型的油的水下接触角均在160°左右，证明改性后的棉织物具有水下超疏油性；(b)水下动态接触角，以DCM作为模型油，DCM无法黏附到预润湿的亲水棉织物表面，证明改性后的棉织物具有很好的疏油能力以及抗油污黏附性；(c)在空气中，水滴可以在改性棉织物表面迅速铺展，这证明了水凝胶涂覆后的棉织物具有超亲水性。
油水分离模拟实验：以DCM-水的混合液作为模拟油水混合液，以实施例制备的抗污棉织物作为过滤材料；结果如图4所示，不同种类的油均能够达到接近100％的分离效率，同时经过50次分离后，棉织物虽然通量有所下降，但是分离效率依然很高。本检测方式不仅体现了棉织物具有良好的油水分离效果，而且可重复使用性能良好；将水凝胶涂覆后的棉织物分别浸入酸碱盐中，依然保持良好的稳定性，保持水下超疏油性。这说明水凝胶图层具有高度的环境稳定性。
抗污性能试验：如图5所示，水凝胶棉织物预润湿后浸没在苏丹三染色的食用油中，取出时可以看到原来白色的表面已经被红色的食用油污染；再将其放入水中，黏附的食用油轻轻抖动后即可脱离织物表面，这证明改性棉织物具有很好的抗污能力。同时，在进行抗污性能比对试验中，如图6所示，分别将干燥水凝胶棉织物和普通棉织物浸没在染色食用油30min后取出，再将其放入水中，由于两性离子水凝胶涂层的超亲水性，5min后可以观察到表面油污已经完全被水所取代。而原始棉织物则无法抗污。
综上所述，本发明具有以下优点：
本发明的超亲水抗污棉织物体现出良好的亲水性、稳定性和自修性能，同时基于两性离子水凝胶的超亲水性，棉织物具备良好的抗污性能与油水分离特性。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案。本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于油水分离的超亲水抗污棉织物，其特征在于：以棉织物为基材，两性离子水凝胶为涂覆液，形成水凝胶涂层棉织物。
2.根据权利要求1所述的用于油水分离的超亲水抗污棉织物，其特征在于：所述两性离子水性凝胶以p(SBMA-co-HEA)和PVA的混合液为前驱体溶液，以硼砂溶液为交联溶液，交联形成两性离子凝胶。
3.根据权利要求1所述的用于油水分离的超亲水抗污棉织物，其特征在于：所述超亲水抗污棉织物的制备方法，包括如下步骤：步骤1，将p(SBMA-co-HEA)和PVA的混合液作为前驱体溶液倒入丝网印花装置内，然后用移动的刮刀将其挤压到棉织物表面，形成均匀涂覆；步骤2，将涂覆后的棉织物加入至硼砂溶液中交联反应，经过冻融循环后得到水凝胶层棉织物。
4.根据权利要求3所述的用于油水分离的超亲水抗污棉织物，其特征在于：所述步骤1的前驱体溶液是在去离子水中加入p(SBMA-co-HEA)和PVA，并于95℃温度下搅拌3h溶解。
5.根据权利要求3所述的用于油水分离的超亲水抗污棉织物，其特征在于：所述步骤2中的硼砂溶液的浓度为2wt％，所述冻融是在-15℃下冷冻24h，然后在室温下解冻1小时，且上述冻融过程重复3次。
6.根据权利要求3所述的用于油水分离的超亲水抗污棉织物，其特征在于：所述p(SBMA-co-HEA)以SBMA、HEA和AIBN为原材料，以乙醇水溶液为溶剂反应得到。
7.一种两性离子水凝胶，其特征在于：以p(SBMA-co-HEA)为两性离子聚合物，以PVA和硼砂溶液为水凝胶体系，交联与冻融循环，得到两性离子水凝胶。
8.根据权利要求7所述的两性离子水凝胶，其特征在于：所述两性离子水凝胶的制备步骤如下：在去离子水中加入p(SBMA-co-HEA)和PVA，并于95℃温度下搅拌3h溶解，然后加入硼砂溶液，静置后冻融循环得到两性水凝胶；其中，所述冻融是在-15℃下冷冻24h，然后在室温下解冻1小时，且整个冻融过程重复3次。
9.根据权利要求8所述的两性离子水凝胶，其特征在于：所述p(SBMA-co-HEA)的制备步骤如下：步骤a，将SBMA、HEA和AIBN溶解在乙醇水溶液中，室温下搅拌并通氮气脱气20min，然后在封闭小瓶中以70℃的温度搅拌15h进行反应，得到白色沉淀；步骤b，将白色沉淀溶解于70℃的热水中，然后滴加到冷乙醇中形成沉淀；经离心和三次提纯后，在70℃真空烘箱内干燥得到p(SBMA-co-HEA)。
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化工新型材料: "《苏州纳米所在纳米水凝胶抗污染油水分离膜材料取得进展》", 《化工新型材料》 *

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN116043548A (zh) * 2023-01-30 2023-05-02 青岛大学 一种柔性织物/凝胶复合材料及其制备方法与应用
CN116043548B (zh) * 2023-01-30 2024-05-24 青岛大学 一种柔性织物/凝胶复合材料及其制备方法与应用

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