CN114752100B - 一种自支撑的油水分离水凝胶多孔膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自支撑的油水分离水凝胶多孔膜的制备方法：(1)合成无孔的第一种水凝胶，并将其浸泡于第二种水凝胶的合成溶液当中溶胀平衡；(2)将含有第二种水凝胶的合成溶液的第一种水凝胶进行冰冻，并引发第二种水凝胶的聚合；(3)聚合完全后，融化冰晶，得到自支撑的油水分离水凝胶多孔膜。本发明制备的水凝胶多孔膜具有良好的力学性能，且孔径、孔隙率连续可调，可应用于不同的油水混合液。

Description

一种自支撑的油水分离水凝胶多孔膜的制备方法
技术领域
本发明涉及水凝胶多孔膜的制造领域，具体涉及一种自支撑的油水分离水凝胶多孔膜的制备方法。
背景技术
随着经济活动的增加，工业生产、石油炼化和日常生活等都会产生大量的含油废水，如若直接排放，则将严重污染环境，威胁人类健康。其中，将油水进行分离，再循环利用的方法是解决上述问题的有效途径。
目前常用的油水分离方法主要有离心分离法、电解法和膜过滤法等。相较于高能耗的离心分离法和电解法，膜过滤法采用多孔膜作为分离组件对油水混合液进行分离，具有选择性好、易操作、可循环使用等优点，已经成为目前油水分离的主要选择。常见的多孔膜材料有机膜和陶瓷膜两种。有机膜制造成本低，通常都是亲油性膜，随着分离过程的进行，油滴会在膜表面堆积形成滤饼层，以及在膜孔中聚集堵塞膜孔，最终导致严重的膜污染。陶瓷膜具有耐高温高压和化学性质稳定的优势，但同样面临严重的膜污染问题。
为解决上述油性物质对膜材料的污染，现今普遍采用将膜材料进行亲水改性，通过在膜的孔壁上吸附一层水凝胶材料，来实现对油性物质的低粘附。然而，在现实的油水分离过程中，水分子会与水凝胶中的亲水基团形成氢键，最终降低水凝胶与多孔膜基材之间的粘附性，导致水凝胶涂层稳定性差、易脱落，从而使膜丧失油水分离能力。与此同时，由于吸附了水凝胶层，原先膜材料的多孔结构将受到影响，甚至被堵塞，导致了无法适应不同油水混合液对膜材料孔结构的要求。
通过分析我们发现，如果直接使用水凝胶多孔膜就能够解决界面粘附问题，并且通过对水凝胶致孔工艺的调整可实现对不同种类油水混合液的分离。然而，多孔水凝胶自身较差的力学性能是限制其直接应用于油水分离中的关键。正是由于单独使用时，水凝胶多孔膜容易塌缩、无法自支撑，目前才采用以其他多孔膜作为基材来负载水凝胶，从而实现油水分离的过程。因此，如果能够对多孔水凝胶进行增强，同时引入孔结构调控的机制，就能够实现一种自支撑的油水分离水凝胶多孔膜的制备。
近年来，针对无孔水凝胶的增强形成了一系列方法。其中，具有双重网络结构的水凝胶，通过耗散能量网络与支撑网络的相互耦合能够实现良好的力学性能。其拉伸强度和压缩强度均可高达兆帕级，充分满足油水分离时对材料力学性能的要求。因此，我们设想可以通过构筑双重网络结构来使多孔水凝胶具有自支撑能力。
发明内容
本发明提供了一种自支撑的油水分离水凝胶多孔膜的制备方法，所制备的水凝胶多孔膜具有良好的力学性能，且孔径、孔隙率连续可调，可应用于不同的油水混合液。
一种自支撑的油水分离水凝胶多孔膜的制备方法，包括如下步骤：
(1)合成无孔的第一种水凝胶，并将其浸泡于第二种水凝胶的合成溶液当中溶胀平衡；
(2)将含有第二种水凝胶的合成溶液的第一种水凝胶进行冰冻，并引发第二种水凝胶的聚合；
(3)聚合完全后，融化冰晶，得到自支撑的油水分离水凝胶多孔膜。
本发明提供的自支撑的油水分离水凝胶多孔膜的制备方法，主要原理如下：
在成孔方式上，不同于以往溶液状态下的冰冻聚合过程，无孔的第一种水凝胶直接引发聚合后，将其浸泡于第二种水凝胶的合成溶液中，此时，合成溶液将溶胀无孔的第一种水凝胶。再将充分溶胀的第一种水凝胶进行冰冻，水凝胶内将产生冰晶，冰晶生长将挤压拉伸第一种水凝胶的网络并将第二种水凝胶的合成原料挤压富集在冰晶之间的间隙(夹缝)中。此时，采用光照引发第二种水凝胶聚合，新形成的第二种水凝胶网络将围绕着冰晶，并处于低能量状态。再融化冰晶，第一种水凝胶网络发生熵回弹，而第二种水凝胶网络阻止其回弹，从而在两种网络的竞争下，水凝胶将具有孔结构。如果第二种网络阻止第一重网络回弹的能力较大，则孔径较大。相反，第一种网络发生较大程度回复，孔径缩小。又因为两种网络的相互耦合作用提高力学强度，水凝胶多孔膜具有优异的力学性能，能够在油水分离中达到自支撑。
本发明中，步骤(1)所述第一种水凝胶的合成原料可以选自天然分子或者化学合成分子。
作为优选，所述的天然分子为多糖类或蛋白质类天然分子；
所述的化学合成分子为丙烯酰胺类或丙烯酸酯类人工合成分子。
进一步的，由于第一种水凝胶的合成无外加条件限制，所以聚合引发体系可以是热引发，也可以是光引发。
作为优选，热引发剂选自过氧化苯甲酰、过硫酸铵、过硫酸钾或过硫酸钠其中的一种或多种。
作为优选，光引发剂选自苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)磷酸锂盐，2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮和酮戊二酸中的任意一种或多种复配。
进一步的，步骤(1)所述第二种水凝胶的合成溶液包括单体、交联剂、引发剂和水。
作为优选，所述第二种水凝胶单体选自中性的丙烯酰胺类或丙烯酸酯类分子。
作为优选，所述交联剂选自乙二醇双丙烯酸酯、聚乙二醇双丙烯酰酯和N,N'-亚甲基双丙烯酰胺中的一种或多种。
所述引发剂为光引发剂，作为优选，选自2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮，酮戊二酸与苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基磷酸锂中的一种或多种。
在步骤(2)中，将充分溶胀的第一种水凝胶进行冰冻，作为优选，冷冻方法可采用无规冷冻或定向冷冻，冰箱的无规冷冻或者采用冷台的定向冷冻。进一步优选，温度范围可选为-50～-20℃。
在步骤(2)中，第二种水凝胶的聚合在冰晶存在条件下引发。
进一步的，步骤(2)所述聚合进行光照引发，作为优选，光照的光源波长选自200nm-900nm，光照的时间控制在0.5min-24h。
进一步的，通过调节第二种水凝胶的原料种类与交联密度就能够调节所得多孔膜的孔径与孔隙率。作为优选，通过调节交联密度来调控多孔膜的孔径与孔隙率。进一步优选，第二种水凝胶的交联密度可以通过溶液中的单体浓度、交联剂浓度与光照时间来进行调节。
在本发明中，步骤(3)所述冰晶能够采用多种方式进行去除。作为优选，采用但不限于加热融化或者常温融化。进一步优选，采取加热融化方式的温度可以在50-100℃。
本发明采用的方法是在原位形成第一种水凝胶网络的基础上，采用冰冻聚合法形成第二种水凝胶网络。由于两种网络之间相互缠结、互穿，所得多孔水凝胶膜将具有良好的力学性能。在此基础上，通过改变第二种网络的单体种类或者交联密度，可以对多孔水凝胶膜的孔径和孔隙率进行调控。该方法操作简单，绿色环保，得到的多孔水凝胶膜机械强度高，孔径、孔隙率连续可调，并且可以方便地调整聚合物化学组成以适配不同的油水混合液。
与现有技术相比，本发明的益处体现在：
(1)大大拓宽了水凝胶化学组成的可选范围。本发明中，第一种水凝胶的制备过程在冰冻致孔过程之前完成，所以该水凝胶的合成不受低温的限制，原料选择面广；
(2)本发明公开的水凝胶多孔膜的致孔剂为冰晶，绿色环保、成本低、操作简便，过程中不须额外添加高污染的有机溶剂；
(3)本发明得到的水凝胶多孔膜由于两种水凝胶网络在内部的相互耦合，力学性能得到显著增强，可在油水分离中自支撑；
(4)在原理上，可通过调节第二种水凝胶的原料组成与交联密度，来调控两种网络的力学相互作用，最终可实现水凝胶多孔膜的孔径、孔隙率的连续可调。
本发明提供的可自支撑水凝胶多孔膜的制备方法拓展了现有水凝胶致孔工艺过程，为油水分离领域提供了一种新思路。
附图说明
图1为本发明自支撑的油水分离水凝胶多孔膜制备方法原理示意图；
图2为本发明所得水凝胶多孔膜的孔形貌调控原理示意图；
图3为本发明水凝胶多孔膜制备工艺流程示意图；
图4为本发明水凝胶多孔膜油水分离流程示意图；
图5为本发明实施例1所得水凝胶多孔膜多孔结构显微图；
图6为本发明实施例1所得水凝胶多孔膜压缩性能图；
图7为本发明实施例2所得水凝胶多孔膜多孔结构显微图；
图8为本发明实施例3所得水凝胶多孔膜的取向多孔结构显微图；
图9为本发明水凝胶多孔膜连续化生产示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
如图1-图3所示，本发明提供的自支撑的油水分离水凝胶多孔膜制备方法的关键在于多孔水凝胶膜孔径和孔隙率连续可调控。由基础原理可知，所形成的多孔结构来自于第二种水凝胶网络的冰冻聚合过程。新形成的第二种水凝胶网络处于松弛状态，而第一种水凝胶网络处于拉伸状态。在冰晶融化后，第一种水凝胶网络将发生熵回弹，而第二种水凝胶网络将阻止其回弹，这样就形成了两种网络相互拉扯的内部结构，此时，冰冻状态下形成的孔结构将被部分保留。当第一种水凝胶网络回弹力强于第二种网络阻碍其回弹的力，所得多孔水凝胶的孔径与孔隙率降低。当第一种水凝胶网络回弹力弱于第二种水凝胶网络的阻碍力，则水凝胶将具有大的孔径以及高的孔隙率。由此可见，通过对两种水凝胶网络相互耦合状态的调控，水凝胶的孔径及孔隙率将连续可调。其中，主要影响因素是两种网络所使用的单体种类及其交联密度。一般而言，对于同一种聚合体系，其交联密度越高其越不易被拉伸。因此，可以简单地通过调节第二种水凝胶网络的组成成分以及交联密度来调控所形成的水凝胶多孔膜的孔径和孔隙率。
实施例1(自支撑油水分离)
本实施例制备水凝胶多孔膜采用的原料如表1所示：
表1实施例1制备水凝胶多孔膜采用的原料
Figure BDA0003648002870000061
Figure BDA0003648002870000071
制备方法：
步骤1：将2g丙烯酸、0.06g N,N'-亚甲基双丙烯酰胺、0.03g过硫酸铵和0.03g亚硫酸氢钠溶解到10g去离子水中；
步骤2：将上述混合液搅拌均匀，静置发生聚合反应形成水凝胶，所述聚合反应的聚合温度为70℃，聚合时间为24小时；
步骤3：制备丙烯酰胺水凝胶合成溶液，将15g丙烯酰胺、0.5g N,N'-亚甲基双丙烯酰胺、0.5g 2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮(I2959)溶解到100g去离子水中；
步骤4：将步骤1制得的聚丙烯酸水凝胶浸泡在步骤3制得的合成溶液中至溶胀平衡；
步骤5：将充分溶胀的水凝胶置于-30℃冰箱中进行冰冻，凝胶内将产生冰晶。待冰冻完全，在紫外光下照射1h，结束后将凝胶解冻，含水情况下采用显微镜进行孔隙结构表征；
步骤6：将得到水凝胶多孔膜进行力学性能测试和水下油接触角测试，之后将得到水凝胶多孔膜用于分离不同种类的油水混合物，包括正己烷、石油醚、十六烷、大豆油、动物油、泵油和硅油。如图4所示，将水凝胶多孔膜放置在漏斗上，将油水混合物倒入，利用重力进行油水分离。将分离水收集在漏斗下方的锥形瓶中，称重计算分离效率，并记录水通过的时间，以确定水通量，如表2所示。
表2实施例制备的水凝胶多孔膜的性能
正己烷 石油醚 十六烷 大豆油 动物油 泵油 硅油
接触角 152.5° 153.2° 154.7° 156.9° 153.5° 155.6° 158.1°
分离效率 99.5％ 99.5％ 99.7％ 99.3％ 99.4％ 99.2％ 99.3％
水通量(L/m2·h) 7740 7330 7450 7090 6880 6670 6820
本实施例制备的水凝胶多孔膜的多孔结构显微图如图5所示，压缩性能如图6所示。从图5可以看出所得水凝胶多孔膜孔形貌呈椭圆状，平均孔径在100μm，孔隙率为78％。从图6可以看出所得水凝胶多孔膜力学强度达到0.7MPa，能够承受7个大气压的压力，满足油水分离中气压的要求。
实施例2(以交联密度调控孔结构)
本实施例制备水凝胶多孔膜采用的原料如表3所示：
表3实施例2制备水凝胶多孔膜采用的原料
Figure BDA0003648002870000081
制备方法：
步骤1：将2g丙烯酸、0.06g N,N'-亚甲基双丙烯酰胺、0.03g过硫酸铵和0.03g亚硫酸氢钠溶解到10g去离子水中；
步骤2：将上述混合液搅拌均匀，静置发生聚合反应形成水凝胶，所述聚合反应的聚合温度为70℃，聚合时间为24h；
步骤3：制备丙烯酰胺水凝胶前驱液，将15g丙烯酰胺、0.05g N,N'-亚甲基双丙烯酰胺、0.5g 2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮(I2959)溶解到100g去离子水中；
步骤4：将步骤1制得的聚丙烯酸水凝胶浸泡在步骤3制得的前驱液中至溶胀平衡；
步骤5：将充分溶胀的水凝胶置于-30℃冰箱上进行冰冻，凝胶内将产生冰晶。待冰冻完全，在紫外光下照射1h，结束后将凝胶解冻，含水情况下采用显微镜进行孔隙结构表征；
步骤6：与实施例1中的孔结构进行对比，通过降低交联密度，所得水凝胶多孔膜孔径减小，呈现缝隙状，孔隙率下降。表明了通过第二种网络的调节来调控所得多孔结构特性的可行性。
本实施例制备的水凝胶多孔膜多孔结构显微图如图7所示。
实施例3(利用冷台获得具有取向的孔结构)
利用实施例1中的原料组成与步骤，在其步骤5中，利用冷台进行定向冰冻，制备具有取向性的多孔结构。其原理是定向冰冻的过程对体系施加了一个较大的温度梯度，导致冰晶沿着这个温度梯度的方向进行生长。同时，在冰冻完全后，在紫外光照射下引发第二种水凝胶聚合，之后通过融化去除冰晶，得到具有取向孔结构的水凝胶多孔膜。最后在含水情况下采用显微镜进行孔隙结构表征。
本实施例制备水凝胶多孔膜采用的原料如表4所示：
表4实施例3制备水凝胶多孔膜采用的原料
Figure BDA0003648002870000101
制备方法：
步骤1：将2g 2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、0.06g N,N'-亚甲基双丙烯酰胺、0.03g过硫酸铵和0.03g亚硫酸氢钠溶解到10g去离子水中；
步骤2：将上述混合液搅拌均匀，静置发生聚合反应形成水凝胶，所述聚合反应的聚合温度为70℃，聚合时间为24h；
步骤3：制备丙烯酰胺水凝胶前驱液，将15g丙烯酰胺、0.5g N,N'-亚甲基双丙烯酰胺、0.5g 2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮(I2959)溶解到100g去离子水中；
步骤4：将步骤1制得的聚丙烯酸水凝胶浸泡在步骤3制得的前驱液中至溶胀平衡；
步骤5：将充分溶胀的水凝胶置于-30℃冷台上进行冰冻，凝胶内将产生冰晶。待冰冻完全，在紫外光下照射1h，结束后将凝胶解冻，含水情况下采用显微镜进行孔结构表征。
本实施例制备的的取向多孔结构显微图如图8所示。
实施例4(改变第一种水凝胶的组成)
本实施例制备水凝胶多孔膜采用的原料如表5所示：
表5实施例4制备水凝胶多孔膜采用的原料
Figure BDA0003648002870000111
制备方法：
步骤1：将2g甲基丙烯酸酯化明胶、0.06g N,N'-亚甲基双丙烯酰胺、0.03g过硫酸铵和0.03g亚硫酸氢钠溶解到10g去离子水中；
步骤2：将上述混合液搅拌均匀，静置发生聚合反应形成水凝胶，所述聚合反应的聚合温度为70℃，聚合时间为24h；
步骤3：制备丙烯酰胺水凝胶前驱液，将15g丙烯酰胺、0.8g N,N'-亚甲基双丙烯酰胺、0.5g 2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮(I2959)溶解到100g去离子水中；
步骤4：将步骤1制得的聚丙烯酸水凝胶浸泡在步骤3制得的前驱液中至溶胀平衡；
步骤5：将充分溶胀的水凝胶置于-30℃冷台上进行冰冻，凝胶内将产生冰晶。待冰冻完全，在紫外光下照射1h，结束后将凝胶解冻，含水情况下采用显微镜进行孔隙结构表征；
步骤6：将得到水凝胶多孔膜进行力学性能测试和水下油接触角测试，之后将得到水凝胶多孔膜用于分离不同种类的油水混合物，包括正己烷、石油醚、十六烷、大豆油、动物油、泵油和硅油。如图4所示，将水凝胶多孔膜放置在漏斗上，将油水混合物倒入，利用重力进行油水分离。将分离水收集在漏斗下方的锥形瓶中，称重计算分离效率，并记录水通过的时间，以确定水通量。
实施例5(光引发第一种网络聚合)
本实施例制备水凝胶多孔膜采用的原料如表6所示：
表6实施例5制备水凝胶多孔膜采用的原料
Figure BDA0003648002870000121
制备方法：
步骤1：将2g丙烯酸、0.06g N,N'-亚甲基双丙烯酰胺、0.06g 2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮(I2959)溶解到10g去离子水中；
步骤2：将上述混合液搅拌均匀，在紫外光下照射1h，光引发聚合得到聚丙烯酸水凝胶；
步骤3：制备丙烯酰胺水凝胶合成溶液，将15g丙烯酰胺、0.5g N,N'-亚甲基双丙烯酰胺、0.5g 2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮(I2959)溶解到100g去离子水中；
步骤4：将步骤1制得的聚丙烯酸水凝胶浸泡在步骤3制得的合成溶液中至溶胀平衡；
步骤5：将充分溶胀的水凝胶置于-30℃冰箱中进行冰冻，凝胶内将产生冰晶。待冰冻完全，在紫外光下照射1h，结束后将凝胶解冻，含水情况下采用显微镜进行孔隙结构表征；
步骤6：将得到水凝胶多孔膜进行力学性能测试，之后将得到水凝胶多孔膜用于分离不同种类的油水混合物，包括正己烷、石油醚、动物油、植物油、柴油、汽油、硅油、煤油和原油。如图4所示，将水凝胶多孔膜放置在漏斗上，将油水混合物倒入，利用重力进行油水分离。将分离水收集在漏斗下方的锥形瓶中，称重计算分离效率，并记录水通过的时间，以确定水通量。
实施例6(第二种水凝胶单体种类调控孔结构)
本实施例制备水凝胶多孔膜采用的原料如表7所示：
表7实施例6制备水凝胶多孔膜采用的原料
Figure BDA0003648002870000131
制备方法：
步骤1：将2g丙烯酸、0.06g N,N'-亚甲基双丙烯酰胺、0.03g过硫酸铵和0.03g亚硫酸氢钠溶解到10g去离子水中；
步骤2：将上述混合液搅拌均匀，静置发生聚合反应形成水凝胶，所述聚合反应的聚合温度为70℃，聚合时间为24小时；
步骤3：制备丙烯酰胺水凝胶合成溶液，将15g N-异丙基丙烯酰胺、0.5g N,N'-亚甲基双丙烯酰胺、0.5g 2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮(I2959)溶解到100g去离子水中；
步骤4：将步骤1制得的聚丙烯酸水凝胶浸泡在步骤3制得的合成溶液中至溶胀平衡；
步骤5：将充分溶胀的水凝胶置于-30℃冰箱中进行冰冻，凝胶内将产生冰晶。待冰冻完全，在紫外光下照射1h，结束后将凝胶解冻，含水情况下采用显微镜进行孔隙结构表征。
实施例7(冰冻温度调控孔结构)
本实施例制备水凝胶多孔膜采用的原料如表8所示：
表8实施例7制备水凝胶多孔膜采用的原料
Figure BDA0003648002870000141
制备方法：
步骤1：将2g丙烯酸、0.06g N,N'-亚甲基双丙烯酰胺、0.03g过硫酸铵和0.03g亚硫酸氢钠溶解到10g去离子水中；
步骤2：将上述混合液搅拌均匀，静置发生聚合反应形成水凝胶，所述聚合反应的聚合温度为70℃，聚合时间为24小时；
步骤3：制备丙烯酰胺水凝胶合成溶液，将15g丙烯酰胺、0.5g N,N'-亚甲基双丙烯酰胺、0.5g 2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮(I2959)溶解到100g去离子水中；
步骤4：将步骤1制得的聚丙烯酸水凝胶浸泡在步骤3制得的合成溶液中至溶胀平衡；
步骤5：将充分溶胀的水凝胶置于-90℃环境下进行冰冻，凝胶内将产生冰晶。待冰冻完全，在紫外光下照射1h，结束后将凝胶解冻，含水情况下采用显微镜进行孔隙结构表征。
实施例8(水凝胶多孔膜连续化生产)
如图9所示，利用实施例5中所述原料组成与实验步骤，采用双光固化的方式。第一种水凝胶网络光照聚合后，牵引至溶胀池，被第二种水凝胶网络的反应液溶胀。随后被连续化牵引至冷媒上冰冻聚合，最后牵引至常温下融化冰晶，实现水凝胶多孔膜的连续化生产。
上述实施例仅用于解释说明本发明的发明构思，而非对本发明权利保护的限定，凡是依据本发明的技术和方法实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术和方法方案的范围内。

Claims (9)

1.一种自支撑的油水分离水凝胶多孔膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)合成无孔的第一种水凝胶，并将其浸泡于第二种水凝胶的合成溶液当中溶胀平衡；
(2)将含有第二种水凝胶的合成溶液的第一种水凝胶进行冰冻，并引发第二种水凝胶的聚合；
(3)聚合完全后，融化冰晶，得到自支撑的油水分离水凝胶多孔膜；
所述自支撑的油水分离水凝胶多孔膜的孔径和孔隙率通过调节第二种水凝胶的原料组成和交联密度来调节。
2.根据权利要求1所述的自支撑的油水分离水凝胶多孔膜的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述第一种水凝胶的合成原料选自天然分子或人工合成分子，天然分子选自多糖类或蛋白质类，人工合成分子选自丙烯酰胺类或丙烯酸酯类。
3.根据权利要求1所述的自支撑的油水分离水凝胶多孔膜的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述第二种水凝胶的合成溶液包括单体、交联剂、引发剂和水。
4.根据权利要求3所述的自支撑的油水分离水凝胶多孔膜的制备方法，其特征在于，所述单体选自中性的丙烯酰胺类或丙烯酸酯类分子；
所述交联剂选自乙二醇双丙烯酸酯、聚乙二醇双丙烯酰酯和N,N'-亚甲基双丙烯酰胺中的一种或多种；
所述引发剂选自2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮，酮戊二酸与苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基磷酸锂中的一种或多种的光引发剂。
5.根据权利要求1所述的自支撑的油水分离水凝胶多孔膜的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述冰冻的方法采用无规冷冻或定向冷冻。
6.根据权利要求1所述的自支撑的油水分离水凝胶多孔膜的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述第二种水凝胶的聚合在冰晶存在条件下引发。
7.根据权利要求1或6所述的自支撑的油水分离水凝胶多孔膜的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述聚合在光照条件下进行，所采用的光源波长在200nm-900nm。
8.根据权利要求1所述的自支撑的油水分离水凝胶多孔膜的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述冰晶通过加热融化或者常温融化。
9.根据权利要求1所述的自支撑的油水分离水凝胶多孔膜的制备方法，其特征在于，所述第二种水凝胶的交联密度通过合成溶液中的单体浓度或交联剂浓度，或通过聚合所采用的光照时间来调节。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106633111A (zh) * 2017-01-11 2017-05-10 福州大学 一种高强度聚乙烯醇基双网络水凝胶的制备方法
CN109603568A (zh) * 2018-12-29 2019-04-12 鲁东大学 一种高强度三网络多孔水凝胶油水分离膜的制备方法
CN113174062A (zh) * 2021-04-26 2021-07-27 华东理工大学 一种双网络聚乙烯醇-聚丙烯酸水凝胶的制备方法及应用

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4869066B2 (ja) * 2003-04-25 2012-02-01 ケイオウエス ライフ サイエンスイズ，インコーポレイテッド 丈夫な超多孔性ヒドロゲルの形成技術

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106633111A (zh) * 2017-01-11 2017-05-10 福州大学 一种高强度聚乙烯醇基双网络水凝胶的制备方法
CN109603568A (zh) * 2018-12-29 2019-04-12 鲁东大学 一种高强度三网络多孔水凝胶油水分离膜的制备方法
CN113174062A (zh) * 2021-04-26 2021-07-27 华东理工大学 一种双网络聚乙烯醇-聚丙烯酸水凝胶的制备方法及应用

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
具备取向性多孔结构水凝胶:制备及孔径调控;吴晶军等;《2015年全国高分子学术论文报告会论文摘要集》;20151021;第512页 *

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