CN113975979A - 一种油水分离膜材料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本申请属于纳米材料技术领域，尤其涉及一种油水分离膜材料及其制备方法和应用，利用氧化铜纳米线与乙醇构成的引发体系引发吡咯单体在氧化铜纳米线表面原位氧化还原聚合，形成致密的聚吡咯包覆层，构建核‑壳结构CuO(Cu₂O)@ppy材料，再在其表面修饰超疏水的硬脂酰氯，得到超疏水超亲油的油水分离膜材料，该材料具有优异的光热转化性能，且具有极强的耐腐蚀性，使用寿命长，可重复使用，利用所述油水分离膜材料可实现原油的高效纯化回收，缓解能源匮乏的危机的同时，完成污水资源化，减轻环境问题。

Description

一种油水分离膜材料及其制备方法和应用

技术领域

本申请属于纳米材料技术领域，尤其涉及一种油水分离膜材料及其制备方 法和应用。

背景技术

随着现代工业的快速发展，石油开采量不断增加，在开采过程中很多采 用注水加压的方式来进行开采，这样产生了大量需要快速高效的原油纯化分 离的油水混合物。另外，随着频繁发生的海上原油泄漏事故，含油污水对人 类生态平衡以及人类健康造成了极大的威胁，因此，对油水混合物的高效经 济处理是获得油资源和水资源再利用的重要途径之一，有效实现油水的分离 以及原油的收集纯化具有重要意义。

膜分离技术具有成本低，操作简单等特点，被普遍认为在处理油水混合 物方面具有巨大的应用前景，通过该项技术可实现原油的高效纯化回收，缓 解能源匮乏的危机的同时，完成污水资源化，减轻环境问题。

原油的粘度非常高，基本上都处于超粘稠状态，很难处理，传统的膜分 离材料在油水分离应用过程中，膜材料表面极易被粘稠的原油吸附导致严重 的膜污染，堵塞膜孔隙，降低膜的分离效率，减少分离油水分离膜的使用寿 命，升温是降低原油粘度最有效的方法，但油水混合物很难被直接加热，并 且，当前本领域大部分研究人员构建的油水分离过程基本上都是采用网膜过 滤的形式来纯化回收水，金属材料在水中易被腐蚀严重制约了这一技术的推 广应用。

发明内容

本申请的目的在于提供一种油水分离膜材料及其制备方法和应用，旨在一 定程度上解决现有技术中油水分离膜材料分离效率低、使用寿命短、制备过程 繁琐、环保性差的问题。

为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：

第一方面，本申请提供一种油水分离膜材料，包括铜基纳米线、包裹铜基 纳米线的聚吡咯包覆层和结合在聚吡咯包覆层上的疏水亲油剂。

进一步地，铜基纳米线为CuO纳米线和/或Cu₂O纳米线；和/或

疏水亲油剂为硬脂酰氯。

第二方面，本申请提供一种油水分离膜材料的制备方法，包括以下步骤：

制备CuO纳米线；

将CuO纳米线置入吡咯单体溶液中，搅拌后进行聚合反应，在CuO纳米 线表面原位形成聚吡咯包覆层，得到CuO(Cu₂O)@ppy材料；

将CuO(Cu₂O)@ppy材料浸泡于硬脂酰氯溶液，得到油水分离膜材料。

进一步地，吡咯溶液中的吡咯单体与溶剂的体积比为1:(80-120)；和/ 或

聚合反应的温度120-180℃，反应时长为5-7小时。

进一步地，硬脂酰氯溶液中硬脂酰氯与溶剂的体积比为1:(12-15)；和 /或

S3中浸泡温度为50-70℃，浸泡时长为3-5小时。

进一步地，制备铜纳米线包括以下步骤：

配制氢氧化钠/过硫酸铵混合液；

将泡沫铜浸泡于氢氧化钠/过硫酸铵混合液中，生长出Cu(OH)₂纳米阵列；

将Cu(OH)₂纳米阵列进行煅烧处理得到CuO纳米线。

进一步地，氢氧化钠/过硫酸铵混合液中氢氧化钠摩尔浓度0.4-0.8mol/L， 过硫酸铵摩尔浓度0.2-0.6mol/L。

进一步地，S13中煅烧处理的温度为150-200℃，煅烧时长0.5-2h。

第三方面，本申请提供一种油水分离膜材料的应用，包括上述的油水分离 膜材料和/或上述的方法制备的油水分离膜材料在工业油水分离中的应用。

第四方面，本申请提供一种油水分离装置，油水分离装置包括依次连接的 油水混合容器、油水分离膜材料、抽油泵和原油收集容器，

油水分离装置包括上述的油水分离膜材料和/或上述方法制备的油水分离 膜材料，油水分离膜材料置于油水混合容器中，用于吸附油水混合容器中的原 油；

油水分离膜材料与抽油泵的吸入口连接；

原油收集容器与抽油泵的排出口连接。

本申请第一方面提供的油水分离膜材料，铜基纳米线与聚吡咯都具有优异 的光热转化效率，在铜基纳米线与包裹其的致密的聚吡咯包覆层形成核-壳结构 后，大大提高了对原油的吸附性，进一步地，在聚吡咯包覆层表面超疏水超亲 油的疏水亲油剂，进一步增强本油水分离膜材料的疏水亲油性能，同时，油水 分离膜材料耐腐蚀性强，经强酸强碱腐蚀实验后均不影响其超疏水和超亲油性 能，大大延长了油水分离膜材料的使用寿命。

本申请第二方面提供的油水分离膜材料的制备方法，在溶剂热条件下， CuO纳米线具有较好的氧化性(反应转变为Cu₂O)，乙醇具有较好的还原 性(反应转变为乙醛)，二者通过氧化还原反应产生自由基，共同引发吡咯 单体在氧化铜纳米线的表面发生原位氧化还原聚合，最终在CuO(Cu₂O)纳米 线上包覆一层致密的聚吡咯保护层，原位引发氧化还原聚合，确保了聚吡咯 能非常均匀地包覆在每根CuO纳米线的表面，形成极其致密的聚吡咯保护 层，具有极强的抗腐蚀性能。

本申请第三方面提供的油水分离膜材料的应用，上述油水分离膜材料机械 性能好、耐腐蚀、具有超疏水超亲油性质,而且具有高的光热转换效率,采用 上述油水分离膜材料对工业油水进行分离，分离效果好，分离效率高，且油水 分离膜材料可重复使用，使用寿命长，可实现原油的高效纯化回收，缓解能 源匮乏的危机的同时，完成污水资源化，减轻环境问题。

本申请第四方面提供的油水分离装置，本装置采用抽油泵连接油水分离 膜材料和原油收集容器，油水分离膜材料可以源源不断地加热软化、吸收原 油，被吸收的原油再通过抽油泵输送至原油收集容器，达到回收提纯的效果， 操作简单，大大提高油水分离效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技 术描述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 仅是本申请的一些实施例，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是本申请实施例提供的油水分离装置的使用示意图；

图2是本申请实施例提供的油水分离膜材料的电镜图，其中，图2(a) 是油水分离膜材料中CuO(Cu₂O)@ppy纳米线放大1千倍的扫描电镜扫描图， 图2(b)是油水分离膜材料中CuO(Cu₂O)@ppy纳米线放大5千倍的扫描电 镜图,图2(c)是油水分离膜材料中CuO(Cu₂O)@ppy纳米线放大5万倍的扫 描电镜图，图2(d)是油水分离膜材料中CuO(Cu₂O)@ppy纳米线放大5万 倍的透射电镜图；

图3是空气中不同酸碱度液滴在本申请实施例提供的的油水分离膜材料 的接触角测试图，其中，图3(a)是油水分离膜材料一半浸没在水中的光学照片， 图3(b)是空气中不同酸碱度成分的液滴在油水分离膜材料上的光学照片，图3(c) 是空气中不同酸碱度的液滴在的油水分离膜材料的接触角的电镜照片；

图4是本申请实施例提供的方法制备的油水分离膜材料与CuO纳米线的 Tafel极化曲线图，其中，图4(a)是本申请实施例提供的油水分离膜材料与 CuO纳米线在氯化钠溶液中的Tafel极化曲线图，图4(b)是本申请实施例提 供的油水分离膜材料与CuO纳米线在氢氧化钠溶液中的Tafel极化曲线图， 图4(c)是本申请实施例提供的油水分离膜材料在硫酸溶液中的Tafel极化曲 线图；

图5是本申请实施例提供的不同材料在一个太阳光照射10分钟后的红外 相机温度分布图，其中，图5(a)为泡沫铜经一个太阳光照射10分钟后的红外 相机温度分布图，图5(b)为CuO纳米线经一个太阳光照射10分钟后的红外 相机温度分布图，图5(c)为油水分离膜材料经一个太阳光照射10分钟后的红 外相机温度分布图；

图6是，本申请实施例提供的油水分离膜材料在有无光照下对原油的吸 收情况对比图；

图7是本申请实施例原油粘度随原油温度的变化曲线图；

图8是本申请实施例提供的油水分离膜材料的重复利用性能图，其中， 图8(a)是油水分离膜材料的饱和吸油量与重复利用次数测试图，图8(b) 是空气中水在油水分离膜材料上的接触角与重复利用次数测试图。

具体实施方式

为了使本申请要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以 下结合实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体 实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请中，术语“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种 关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在 B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象 是一种“或”的关系。

本申请中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以 上。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括 单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a，b或c中的至少一项(个)”， 或，“a，b和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a，b，c，a-b(即a和b)， a-c，b-c，或a-b-c，其中a，b，c分别可以是单个，也可以是多个。

应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着 执行顺序的先后，部分或全部步骤可以并行执行或先后执行，各过程的执行顺 序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限 定。

在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨 在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一 种”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

本申请实施例说明书中所提到的相关成分的重量不仅仅可以指代各组分的 具体含量，也可以表示各组分间重量的比例关系，因此，只要是按照本申请实 施例说明书相关组分的含量按比例放大或缩小均在本申请实施例说明书公开的 范围之内。具体地，本申请实施例说明书中的质量可以是μg、mg、g、kg等化 工领域公知的质量单位。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，用来将目的如物质彼此区分开， 而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。 例如，在不脱离本申请实施例范围的情况下，第一XX也可以被称为第二XX， 类似地，第二XX也可以被称为第一XX。由此，限定有“第一”、“第二” 的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

术语“ppy”为“polypyrrole”的缩写，表示聚吡咯；术语“CuO(Cu₂O)@ppy”表 示以CuO和/或Cu₂O为核，聚吡咯为壳的一种具有核-壳结构的氧化铜和/ 或氧化亚铜-聚吡咯复合材料。

本申请实施例第一方面提供油水分离膜材料，包括铜基纳米线、包裹铜基 纳米线的聚吡咯包覆层和结合在聚吡咯包覆层上的疏水亲油剂，铜基纳米线与 聚吡咯都具有优异的光热转化效率，在铜基纳米线与包裹其的致密的聚吡咯包 覆层形成核-壳结构后，大大提高了对原油的吸附性，进一步地，在聚吡咯包覆 层表面超疏水超亲油的疏水亲油剂，进一步增强本油水分离膜材料的疏水亲油 性能，同时，该材料耐腐蚀性强，经强酸强碱腐蚀实验后均不影响其超疏水和 超亲油性能，如图2所示，为油水分离膜材料的电镜图，其中，图2(a)是 油水分离膜材料中CuO(Cu₂O)@ppy纳米线放大1千倍的扫描电镜扫描图， 图2(b)是油水分离膜材料中CuO(Cu₂O)@ppy纳米线放大5千倍的扫描电 镜扫描图,图2(c)是油水分离膜材料中CuO(Cu₂O)@ppy纳米线放大5万倍 的扫描电镜扫描图，图2(d)是油水分离膜材料中CuO(Cu₂O)@ppy纳米线 放大5万倍的透射电镜图，从图2(a)中可以看出，油水分离膜材料中含 有大量的纳米线，从图2(b)中可以看出，纳米线之间存在大量间隙，大 大增加了可以吸附原油的表面积，同时，从图中2(c)和图2(d)中可以 看出，每根纳米线的表面包覆着致密的聚吡咯包覆层，聚吡咯包覆层表面还 结合有疏水亲油剂，大大增加油水分离膜材料的疏水亲油性能，在超疏水超 亲油的化学性质与油水分离膜材料内部存在大量间隙的物理性质的影响下， 本申请提供的油水分离膜材料展现具有极高饱和吸油率，展现出优秀的油水 分离性能。

在本申请的实施例中，铜基纳米线为CuO纳米线和/或Cu₂O纳米线，CuO 纳米线制备过程简单，价格低廉。

在本申请的实施例中，疏水亲油剂为硬脂酰氯，硬脂酰氯中的氯离子与 聚吡咯层结合，其外端的硬脂酰基团具有超疏水性，能更好地提高本油水分 离膜材料对油水分离的性能，同时，硬脂酰氯与金属氧化物的结合作用适中， 能很好地附着在聚吡咯包覆层表面而不破坏聚吡咯包覆层。

第二方面，本申请提供一种油水分离膜材料的制备方法，包括以下步骤：

S1：制备CuO纳米线；

S2：将S1中CuO纳米线置入吡咯单体溶液中，搅拌后进行聚合反应，反 应结束后冷却、清洗和干燥，得到CuO(Cu₂O)@ppy材料；

S3：将S2中CuO(Cu₂O)@ppy材料浸泡于硬脂酰氯溶液，得到油水分离 膜材料。

需要说明的是，吡咯单体溶液的溶剂优选为具有还原性的溶剂，包括但 不限于无水乙醇，在溶剂热条件下，CuO纳米线具有较好的氧化性(反应转 变为Cu₂O)，乙醇具有较好的还原性(反应转变为乙醛)，二者通过氧化 还原反应产生自由基，共同引发吡咯单体在氧化铜纳米线的表面发生原位氧 化还原聚合，最终在CuO(Cu₂O)纳米线上包覆一层致密的聚吡咯保护层，原 位引发氧化还原聚合，确保了聚吡咯能非常均匀地包覆在每根CuO纳米线的表面，形成极其致密的聚吡咯保护层，具有极强的抗腐蚀性能。

需要说明的是，S2中清洗时采用蒸馏水和乙醇清洗数次，用以去除聚 合反应的产物上残留的反应液，在本申请的一个具体实施例中，清洗次数为 2-5次，优选为蒸馏水和乙醇分别冲洗。

在本申请的实施例中，吡咯单体溶液以吡咯单体为溶剂，无水乙醇为溶 剂配制而成，其中，吡咯单体与无水乙醇的体积比为1:(80-120)，在本申 请的具体实施例中，吡咯单体溶液中吡咯单体与无水乙醇的体积比包括但不 限于1:80、1:85、1:90、1:103、1:115、1:120，吡咯单体在无水乙醇中浓度 过高会有过量的聚吡咯来不及在纳米线上形成，而在本体溶液中聚合，使得 CuO(Cu₂O)纳米线上包覆的聚吡咯包覆层的致密性下降；同样，吡咯单体在 无水乙醇中浓度过低，聚吡咯量不够，最终形成的CuO(Cu₂O)@ppy材料的 聚吡咯包覆层难以形成致密层包覆。

在本申请的实施例中，聚合反应的温度120-180，反应时长为5-7小时，反 应温度过低或反应时长过短，吡咯单体聚合不充分，影响在CuO(Cu₂O)@ppy 材料上形成的聚吡咯包覆层的致密性；反应温度过高或反应时长过长，吡咯 单体容易在本体溶液中发生聚合影响CuO(Cu₂O)@ppy材料上形成的聚吡咯 包覆层的均匀性。

在本申请的实施例中，硬脂酰氯溶液中硬脂酰氯与溶剂的体积比为1: (12-15)，溶剂包括但不限于乙腈，在本申请的具体实施例中，硬脂酰氯 溶液中硬脂酰氯与乙腈的体积比包括但不限于1:12、1:13、1:13.5、1:14.6、 1:15，其中，硬脂酰氯浓度过低，硬脂酰氯与聚吡咯结合不完全，会减弱 CuO(Cu₂O)@ppy材料表面的疏水性能，达不到超疏水状态。

在本申请的实施例中，S3中浸泡温度为50-70℃，浸泡时长为3-5小时 浸泡，浸泡温度过低，浸泡时间过短，硬脂酰氯与聚吡咯结合不完全，会减 弱CuO(Cu₂O)@ppy材料表面的疏水性能，达不到超疏水状态。

在本申请的实施例中，S1包括以下步骤：

S11：配制氢氧化钠/过硫酸铵混合液；

S12：将泡沫铜浸泡于氢氧化钠/过硫酸铵混合液中，生长出Cu(OH)₂纳米 阵列；

S13：将Cu(OH)₂纳米阵列进行煅烧处理得到CuO纳米线。

需要说明的是，泡沫铜是一种在铜基体中均匀分布着大量连通或不连通孔 洞的新型多功能材料，具有优良的导热性能，对原油具有良好的吸附能力，采 用原位化学刻蚀的方法，泡沫铜在氢氧化钠/过硫酸铵体系中生长出高密度且 均匀有序的阵列结构Cu(OH)₂纳米线，将合成的Cu(OH)₂纳米阵列线放入马 弗炉中煅烧处理即得黑棕色的阵列结构CuO纳米线。

在本申请的实施例中，氢氧化钠/过硫酸铵混合液中氢氧化钠摩尔浓度为 0.4-0.8mol/L，过硫酸铵摩尔浓度为0.2-0.6mol/L，在此浓度范围的氢氧化钠/ 过硫酸铵混合液中，泡沫铜基体上生长出的Cu(OH)₂纳米阵列更致密更均匀， 强度更好，生长率高。

在本申请的实施例中，S13中煅烧处理的温度为150-200℃，煅烧时长 0.5-2h，煅烧处理的温度过低或者煅烧时长过短，煅烧处理不充分，Cu(OH)₂纳米没有全部转化为CuO纳米线，削弱CuO纳米线整体的氧化性，在后续 的吡咯单体原位聚合中的引发作用减弱，影响吡咯单体的聚合。

第三方面，本申请提供上述的油水分离膜材料和/或上述的方法制备的油水 分离膜材料在工业油水分离中的应用。

第四方面，本申请提供一种油水分离装置，油水分离装置包括依次连接的 油水混合容器1、油水分离膜材料2、抽油泵4和原油收集容器5，

油水分离装置包括上述的油水分离膜材料2和/或上述方法制备的油水分离 膜材料2，油水分离膜材料2置于油水混合容器1中，用于吸收油水混合容器1 中的原油；

油水分离膜材料2与抽油泵4的吸入口连接；

原油收集容器5与抽油泵4的排出口连接。

在本申请的实施例中，抽油泵4与油水分离膜材料2和原油收集容器5中 采用导管3连接，需要说明的是，导管3可以是硅胶、橡胶、塑料等软管，也 可以是玻璃、钢管等刚性管道。

使用时，将油水混合物注入油水混合容器1中，油水分离膜材料2与油相 接触，在光源的照射下，油水分离膜材料2迅速升温，降低与油水分离膜材料 2接触的原油粘度，同时，由于油水分离膜材料2的超亲油性和超疏水性，油 水分离膜材料2开始吸收油水混合物中的原油，打开抽油泵4，将油水分离膜 材料2中的原油抽取输送至原油收集容器5中，实现油水分离。

需要说明的是，光源可以是太阳光，也可以是其他形式辐射热能的光，保 持油水混合物的持续注入，可以源源不断地加热软化、吸收原油，达到回收提 纯的效果，操作简单，大大提高油水分离效率。

为使本申请上述实施细节和操作能清楚地被本领域技术人员理解，以及本 申请实施例一种油水分离膜材料及其制备方法和应用的进步性能显著的体现， 以下通过多个实施例来举例说明上述技术方案。

实施例1

采用原位化学刻蚀的方法，将泡沫铜置于氢氧化钠/过硫酸铵混合液中 生长出高密度且均匀有序的Cu(OH)₂纳米阵列；将合成的Cu(OH)₂纳米阵 列放入马弗炉中采用180℃煅烧1h，得到了黑棕色阵列结构的CuO纳米线， 将长满CuO纳米线的泡沫铜浸入50mL体积比为1:80的吡咯单体溶液中， 随后转移到反应釜中，150℃条件下反应7小时，反应结束冷却至室温后取 出样品，分别用蒸馏水和乙醇清洗，放入烘箱中60℃干燥后，再将其浸入 80mL体积比为1:12的硬脂酰氯溶液中浸泡，浸泡温度60℃，3小时后取 出,得到超疏水且超亲油的核-壳结构的CuO(Cu₂O)@ppy材料。

在一个太阳光光强照射10min后，此CuO(Cu₂O)@ppy材料的温度达到 75.6℃，饱和吸油量为1.81×10⁵g/m³；

采用图1所示的油水分离装置对油水混合物进行油水分离处理，所得到 的原油的含水量低于0.1％；

在氯化钠溶液(3.5％wt)以及氢氧化钠溶液(0.1mol/L)以及硫酸溶 液(0.1mol/L)中浸泡2周(336小时)后，无明显腐蚀。

实施例2

采用原位化学刻蚀的方法，将泡沫铜置于氢氧化钠/过硫酸铵混合液中 生长出高密度且均匀有序的Cu(OH)₂纳米阵列；将合成的Cu(OH)₂纳米阵 列放入马弗炉中采用180℃煅烧1h，得到了黑棕色阵列结构的CuO纳米线， 将长满CuO纳米线的泡沫铜浸入50mL体积比为1:100的吡咯单体溶液中， 随后转移到反应釜中，150℃条件下反应5小时，反应结束冷却至室温后取 出样品，分别用蒸馏水和乙醇清洗，60℃干燥后，再将其浸入80mL体积 比为1:13的硬脂酰氯溶液中浸泡，浸泡温度60℃，4小时后取出,得到得 到超疏水且超亲油的核-壳结构的CuO(Cu₂O)@ppy材料。

在一个太阳光光强照射10min后，此CuO(Cu₂O)@ppy材料的温度达到 77.3℃，饱和吸油量可以达到1.68×10⁵g/m³；

采用图1所示的油水分离装置对油水混合物进行油水分离处理，所得到 的原油的含水量低于0.1％；

在氯化钠溶液(3.5％wt)以及氢氧化钠溶液(0.1mol/L)以及硫酸溶 液(0.1mol/L)中浸泡2周(336小时)后，无明显腐蚀。

实施例3

采用原位化学刻蚀的方法，将泡沫铜置于氢氧化钠/过硫酸铵混合液中 生长出高密度且均匀有序的Cu(OH)₂纳米阵列；将合成的Cu(OH)₂纳米阵 列放入马弗炉中采用180℃煅烧1h，得到了黑棕色阵列结构的CuO纳米线， 将长满CuO纳米线的泡沫铜浸入50mL体积比为1:120的吡咯单体溶液中， 随后转移到反应釜中，150℃条件下反应7小时，反应结束冷却至室温后取 出样品，分别用蒸馏水和乙醇清洗，60℃干燥后，再将其浸入80mL体积 比为1:15的硬脂酰氯溶液中浸泡，浸泡温度60℃，5小时后取出,得到得 到超疏水且超亲油的核-壳结构的CuO(Cu₂O)@ppy材料。

在一个太阳光光强照射10min后，此CuO(Cu₂O)@ppy材料的温度达到 76.5℃，饱和吸油量可以达到1.72×10⁵g/m³；

采用图1所示的油水分离装置对油水混合物进行油水分离处理，所得到 的原油的含水量低于0.1％；

在氯化钠溶液(3.5％wt)以及氢氧化钠溶液(0.1mol/L)以及硫酸溶 液(0.1mol/L)中浸泡2周(336小时)后，无明显腐蚀。

进一步的，为了验证本申请实施例中油水分离膜材料的进步性，进行了以 下性能测试。

耐腐蚀性能测试

如图3(a)所示，用镊子夹取本申请实施例提供的油水分离膜材料，将 其一半放置于玻璃杯中的水中，油水分离膜材料表面呈现很多密集小气泡，说 明其表面具有超疏水性，为了研究所制备油水分离膜材料的稳定性，我们使用 一些具有不同pH的腐蚀性液体对其进行耐腐蚀性的初步测试，如氯化钠 (pH＝7)，氢氧化钠(pH＝14)以及硫酸(pH＝1)，图3(b)是空气中不同酸碱 度成分的液滴在油水分离膜材料上的光学照片，可以看到，这些腐蚀性的液体 在本申请实施例提供的油水分离膜材料表面都近乎保持着球形，而图3(c)是空 气中不同酸碱度的液滴在的油水分离膜材料的接触角的电镜照片，可以看到上 述液滴的相对应接触角都接近150°，这些测试结果初步表明本申请实施例提供 的油水分离膜材料具有优异的抗腐蚀性能。

图4是本申请实施例提供的油水分离膜材料与CuO纳米线的Tafel极化 曲线，到目前为止，极化曲线是最有效以及广泛使用的抗腐蚀性能评价手段， 在典型的极化曲线中，较好的耐腐蚀性具有较低的腐蚀速率(v_corr)，这也对应 着较高的腐蚀电位(E_corr)或较低的腐蚀电流密度(I_corr)，为了进一步测试本 申请实施例提供的油水分离膜材料的抗腐蚀性能，我们使用电化学工作站分 别测量了不同样品在氯化钠溶液(3.5％wt)以及氢氧化钠溶液(1mol/L)以及 硫酸溶液(0.5mol/L)中的腐蚀速率,获得对应的Tafel极化曲线，如图4所示， 进一步我们通过Tafel曲线外推明确了其相应的腐蚀电位和腐蚀电流密度等重 要参数，其结果列于表1中，如图4(a)所示，在3.5wt％的NaCl溶液中，本申 请实施例提供的油水分离膜材料的腐蚀电位和腐蚀电流分别为-0.1917V和 3.16x10^-5A，而CuO纳米线的相应数值则为-0.373V和3.62x10^-4A，可以看出 对比原来的CuO纳米线，本申请实施例提供的油水分离膜材料的腐蚀电流密 度大大地降低了，而腐蚀电位的正向改变(约0.18V)也表明了聚化咯膜层充 当了很好的阳极保护涂层；图4(b)是CuO纳米线以及本申请实施例提供的油水分离膜材料在1mol/L氢氧化钠溶液中所测得的动电位极化曲线，CuO泡沫 的腐蚀电位和腐蚀电流分别为-0.31V和2.51x10^-4A,而本申请实施例提供的 油水分离膜材料腐蚀电位和腐蚀电流分别为-0.27V和1.34x10^-4A，相比于氧化 铜泡沫腐蚀电位的正向改变约0.04V；图4(c)则是本申请实施例提供的油水分 离膜材料在0.1mol/L硫酸溶液中所测得的动电位极化曲线，其腐蚀电位和腐 蚀电流分别为0.536V和4.274x10^-6A，而CuO纳米线放入硫酸溶液中，纳米线 会快速溶解暴露出泡沫铜，故无对应的动电位极化曲线图。

表1.不同样品Tafel极化曲线测试表

光热转化性能测试

图5本申请实施例提供的不同材料在一个太阳光照射10分钟后的红外相 机温度分布图，其中，图5(a)为泡沫铜经一个太阳光照射10分钟后的红外相 机温度分布图，图5(b)为CuO纳米线经一个太阳光照射10分钟后的红外相 机温度分布图，图5(c)为油水分离膜材料经一个太阳光照射10分钟后的红外 相机温度分布图；由图5可以看出，经测试，在一个太阳光照射10分钟后， 本申请的油水分离膜材料的温度可上升至75℃以上，而不含聚吡咯包覆层 和硬脂酰氯修饰的CuO纳米线的温度仅能达到55℃左右，传统的泡沫铜仅 能达到35℃，本申请提供的油水分离膜材料的光热转化性能明显优于CuO 纳米线和泡沫铜。

饱和吸油量测试

由图7可知，原油粘度随温度升高而明显降低，低粘度的原油更易被本 申请实施例提供的油水分离膜材料吸收，图6为本申请实施例提供的油水分 离膜材料在有无光照下对原油的吸收情况对比图，由图6可知，光照下本申 请本申请实施例提供的油水分离膜材料对原油吸收情况良好，经多次实验测 试，本申请实施例提供的油水分离膜材料的饱和吸油量可达1.68×10⁵g/m³以上。

重复利用性能测试

图8是本申请实施例提供的油水分离膜材料的重复利用性能图，其中， 图8(a)是油水分离膜材料的饱和吸油量与重复利用次数测试图，图8(b)是空 气中水在油水分离膜材料上的接触角与重复利用次数测试图，从图中可以看 出，经过多次循环使用，本申请实施例提供的油水分离膜材料的饱和吸油量 和接触角无明显减小，仍保持良好的超亲油超疏水性能。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的 精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保 护范围之内。

Claims (10)

1.一种油水分离膜材料，其特征在于，包括铜基纳米线、包裹所述铜基纳米线的聚吡咯包覆层和结合在所述聚吡咯包覆层上的疏水亲油剂。

2.如权利要求1所述的油水分离膜材料，其特征在于，所述铜基纳米线为CuO纳米线和/或Cu₂O纳米线；和/或

所述疏水亲油剂为硬脂酰氯。

3.一种油水分离膜材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

制备CuO纳米线；

将所述CuO纳米线置入吡咯单体溶液中，搅拌后进行聚合反应，在所述CuO纳米线表面原位形成聚吡咯包覆层，得到CuO(Cu₂O)@ppy材料；

将所述CuO(Cu₂O)@ppy材料浸泡于硬脂酰氯溶液，得到油水分离膜材料。

4.如权利要求3所述的油水分离膜材料的制备方法，其特征在于，所述吡咯溶液中的吡咯单体与溶剂的体积比为1:(80-120)；和/或

所述聚合反应的温度120-180℃，反应时长为5-7小时。

5.如权利要求3所述的油水分离膜材料的制备方法，其特征在于，所述硬脂酰氯溶液中硬脂酰氯与溶剂的体积比为1:(12-15)；和/或

所述浸泡的温度为50-70℃，浸泡时长为3-5小时。

6.如权利要求3所述的油水分离膜材料的制备方法，其特征在于，制备CuO纳米线包括以下步骤：

配制氢氧化钠/过硫酸铵混合液；

将泡沫铜浸泡于所述氢氧化钠/过硫酸铵混合液中，生长出Cu(OH)₂纳米阵列；

将所述Cu(OH)₂纳米阵列进行煅烧处理得到CuO纳米线。

7.如权利要求6所述的油水分离膜材料的制备方法，其特征在于，所述氢氧化钠/过硫酸铵混合液中氢氧化钠摩尔浓度为0.4-0.8mol/L，过硫酸铵摩尔浓度为0.2-0.6mol/L。

8.如权利要求6所述的油水分离膜材料的制备方法，其特征在于，所述S13中煅烧处理的温度为150-200℃，煅烧时长0.5-2h。

9.一种油水分离膜材料的应用，其特征在于，包括权利要求1-2任意一项所述的油水分离膜材料和/或权利要求3-8任意一项所述的方法制备的油水分离膜材料在工业油水分离中的应用。

10.一种油水分离装置，其特征在于，所述油水分离装置包括依次连接的油水混合容器、油水分离膜材料、抽油泵和原油收集容器，

所述油水分离装置包括权利要求1-2任意一项所述的油水分离膜材料和/或权利要求3-8任意一项所述的方法制备的油水分离膜材料，所述油水分离膜材料置于所述油水混合容器中，用于吸附油水混合容器中的原油；

所述油水分离膜材料与所述抽油泵的吸入口连接；

所述原油收集容器与所述抽油泵的排出口连接。

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