CN114471176A - 一种实现乳化油分离的超亲水复合膜及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于乳化油水分离材料的技术领域，具体涉及一种实现乳化油分离的超亲水复合膜及其制备方法和应用。所述复合膜为在膜体介质上涂布由胶黏剂、聚苯乙烯微球以及光催化剂制得的具有微纳米结构的复合材料形成。按配比将聚苯乙烯微球、胶黏剂以及光催化剂混合，加入到有机溶剂中，充分搅拌均匀，将得到的混合物涂布于膜体介质上，于烘箱中成膜，成膜温度为25～80℃，之后，冷却至常温，紫外灯下进行照射，即得到超亲水复合膜。该材料具有优异的亲水疏油性质和自清洁能力，在连续油水分离装置中，乳化油分离效率达到99％以上，含油量低于10mg/L。

Description

一种实现乳化油分离的超亲水复合膜及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于乳化油水分离材料的技术领域，具体涉及一种实现乳化油分离的超亲水复合膜及其制备方法和应用。
背景技术
油污染已是老生常谈的问题，除了油田开采、提炼产生的废油，原油运输等过程中发生意外造成的泄漏外，在工业生产中也会产生大量含油废水，这些油对海洋、河流、土壤等带来巨大的污染，威胁着各生态系统的平衡。
这些含油废水流入河流，将限制水中各类植物、鱼类的生长，甚至进入它们体内，引起中毒，这将给各流域的渔业带来巨大的影响。而对于各近岸海域而言，含油废水的来源更多，如径流流入、渔船行驶、排污与降水等，因此其水体污染更为严重，一旦污染加重，将给当地渔业造成重创。
因此，有效地处理含油废水对环境保护和不可再生资源的节约都有着重大的社会意义。现有的油水分离材料大多只能分离浮油或分散油。其分离方法一般是吸附法。乳化油在表面活性剂作用下，其稳定性较好，且粒径在10μm以下，难以进行油水分离。由于乳化油稳定性来自于表面活性剂对其相界面上的稳定作用，只要能够破坏其相界面的稳定性，就可以实现乳化油的分离。但是乳化油的结构并不简单，具有多层结构，难以快速实现自行破乳。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种实现乳化油分离的超亲水复合膜及其制备方法和应用。
本发明的技术内容如下：
本发明提供了一种实现乳化油分离的超亲水复合膜，所述复合膜为在膜体介质上涂布由胶黏剂、聚苯乙烯微球以及光催化剂制得的具有微纳米结构的复合材料形成；
所述聚苯乙烯微球的粒径为1～3μm；
所述胶黏剂包括水性聚氨酯树脂、水性丙烯酸酯树脂、水性环氧树脂、氨基树脂的一种；
所述光催化剂包括TiO2、ZnO、SnO2、ZnS、CdS的一种，使用粒径为10～50nm；
所述膜体介质包括金属网或纤维布。
本发明还提供了一种实现乳化油分离的超亲水复合膜的制备方法，包括如下步骤：
按配比将聚苯乙烯微球、胶黏剂以及光催化剂混合，加入到有机溶剂中，充分搅拌均匀，将得到的混合物涂布于膜体介质上，于烘箱中成膜，成膜温度为25～80℃，之后冷却至常温，紫外灯下进行照射，即得到超亲水复合膜；
所述成膜温度优选为25℃；
按重量份计，所述聚苯乙烯微球溶液占40～70份、胶黏剂溶液占 1.5～5份、光催化剂占100份。
所述聚苯乙烯微球、胶黏剂以及光催化剂混合，加入到有机溶剂中得到的混合物溶液的浓度为0.1mg/mL～0.5mg/mL；
所述有机试剂包括丙酮、N,N二甲基甲酰胺(DMF)或四氢呋喃；
所述混合物涂布于膜体介质的涂布厚度为100～500μm；
所述紫外灯的照射时间为不少于60min。
本发明还提供了一种超亲水复合膜在实现乳化油的油水分离方面的应用。
本发明的有益效果如下：
本发明的超亲水复合膜，采用聚苯乙烯微球制备得到具有微纳结构的超亲水分离乳化油薄膜材料，该材料具有优异的亲水疏油性质和自清洁能力，在连续油水分离装置中，乳化油分离效率达到99％以上，含油量低于10mg/L。
附图说明
图1为实施例1和实施例2制得的超亲水复合膜的表面微观结构；
图2为实施例和对比例复合膜的表面亲水现象；
图3为实施例1在不同紫外灯照射时间下的自清洁性能测试结果；
图4为未处理纤维布与实施例2复合膜的乳化油水分离情况。
具体实施方式
以下通过具体的实施案例以及附图说明对本发明作进一步详细的描述，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。
若无特殊说明，本发明的所有原料和试剂均为常规市场的原料、试剂。
实施例1
一种实现乳化油分离的超亲水复合膜的制备：
将粒径为40～50nm的ZnS 100份，水性聚氨酯树脂2份，PS微球50份，加入到丙酮中，充分搅拌均匀得到0.3mg/mL溶液，涂布在纤维布上，涂布厚度为200μm于烘箱中成膜，成膜温度为50℃，冷却至常温，紫外灯下照射70分钟活化，得到具有超亲水性质的乳化油水分离材料样品1，如图2所示，其表面接触角小于5°，具有超亲水性质；
所用聚苯乙烯微球的粒径均为1～3μm；
如图1所示，左图为样品1的表面微观结构。
实施例2
一种实现乳化油分离的超亲水复合膜的制备：
粒径为40～50nm的SnO2100份，水性丙烯酸酯树脂1.5份，PS 微球40份，加入到DMF中，充分搅拌均匀，充分搅拌均匀得到0.1 mg/mL溶液，涂布在纤维布上，涂布厚度为100μm于烘箱中成膜，成膜温度为30℃，冷却至常温，紫外灯下照射65分钟活化，得到具有超亲水性质的乳化油水分离材料样品2；
如图2所示，其表面接触角小于5°，具有超亲水性质。
如图1所示，右图为样品2的表面微观结构。
实施例3
一种实现乳化油分离的超亲水复合膜的制备：
粒径为10～20nm的TiO2 100份，水性聚氨酯树脂5份，PS微球 50份，加入到DMF中，充分搅拌均匀得到0.5mg/mL溶液，充分搅拌均匀，涂布在纤维布上，涂布厚度为500μm于烘箱中成膜，成膜温度为25℃，冷却至常温，紫外灯下照射60分钟活化，得到具有超亲水性质的乳化油水分离材料样品3；
如图2所示，其表面接触角小于5°，具有超亲水性质。
如图3所示，其为实施例1的样品1实现了油水分离后的自清洁性能测试结果。油水分离后，超亲水膜失去超亲水性质(图3a)，在紫外光照射70min后(图3c)，可以恢复膜的超亲水性。
实施例4
粒径为20～30nm的ZnO 100份，水性环氧树脂4份，PS微球 50份，加入到DMF中，充分搅拌均匀得到0.4mg/mL溶液，涂布在金属网上，涂布厚度为100μm于烘箱中成膜，成膜温度为60℃，冷却至常温，紫外灯下照射70分钟活化，得到具有超亲水性质的乳化油水分离材料样品4。
实施例5
粒径为20～30nm的CdS 100份，氨基树脂1.5份，PS微球70 份，加入到四氢呋喃中，充分搅拌均匀得到0.5mg/mL溶液，涂布在金属网上，涂布厚度为500μm于烘箱中成膜，成膜温度为80℃，冷却至常温，紫外灯下照射65分钟活化，得到具有超亲水性质的乳化油水分离材料样品5。
对比例1
一种复合膜的制备：
粒径为10～20nm的TiO2 100份，水性聚氨酯树脂7份，PS微球溶液30份，加入到DMF中，充分搅拌均匀得到0.5mg/mL溶液，涂布在金属网或者纤维布上，于烘箱中成膜，成膜温度为25℃，冷却至常温，紫外灯下照射60分钟活化，得到一种乳化油水分离材料样品6，如图2所示，其表面接触角大于70°，不具有超亲水性质。
对比例2
一种复合膜的制备：
粒径为10～20nm的TiO2 100份，水性聚氨酯树脂5份，PS微球 50份，加入到DMF中，充分搅拌均匀得到0.5mg/mL溶液，充分搅拌均匀，涂布在纤维布上，涂布厚度为500μm于烘箱中成膜，成膜温度为90℃，冷却至常温，紫外灯下照射60分钟活化，得到一种乳化油水分离材料样品7，如图2所示，其表面接触角为38°，不具有超亲水性质。
如图4所示，左图为未处理的纤维布，右图为样品3的复合膜，可见样品3复合膜对油水混合物中乳化油的分离效果较为显著，对乳化油分离效率达到99％以上，含油量低于10mg/L。

Claims (10)

1.一种实现乳化油分离的超亲水复合膜，其特征在于，所述复合膜为在膜体介质上涂布由胶黏剂、聚苯乙烯微球以及光催化剂制得的具有微纳米结构的复合材料形成。
2.由权利要求1所述的超亲水复合膜，其特征在于，所述聚苯乙烯微球的粒径为1~3 μm。
3.由权利要求1所述的超亲水复合膜，其特征在于，所述胶黏剂包括水性聚氨酯树脂、水性丙烯酸酯树脂、水性环氧树脂、氨基树脂的一种。
4.由权利要求1所述的超亲水复合膜，其特征在于，所述光催化剂包括TiO2、ZnO、SnO2、ZnS、CdS的一种，使用粒径为10~50 nm。
5.由权利要求1所述的超亲水复合膜，其特征在于，所述膜体介质包括金属网或纤维布。
6.一种权利要求1~5任一项所述的实现乳化油分离的超亲水复合膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
按配比将聚苯乙烯微球、胶黏剂以及光催化剂混合，加入到有机溶剂中，充分搅拌均匀，将得到的混合物涂布于膜体介质上，于烘箱中成膜，成膜温度为25~80℃，之后冷却至常温，紫外灯下进行照射，即得到超亲水复合膜；
按重量份计，所述聚苯乙烯微球占40~70份、胶黏剂占1.5~5份、光催化剂占100份。
7.由权利要求6所述的超亲水复合膜的制备方法，其特征在于，所述聚苯乙烯微球、胶黏剂以及光催化剂混合，加入到有机溶剂中得到的混合物的浓度为0.1mg/mL~0.5mg/mL；
所述有机试剂包括丙酮、N,N二甲基甲酰胺或四氢呋喃。
8.由权利要求6所述的超亲水复合膜的制备方法，其特征在于，所述混合物涂布于膜体介质的涂布厚度为100~500 μm。
9.由权利要求6所述的超亲水复合膜的制备方法，其特征在于，所述紫外灯的照射时间为不少于60 min。
10.一种权利要求1~5任一项所述的超亲水复合膜在实现乳化油的油水分离方面的应用。
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