CN114832647B - 一种温敏型可切换乳液型油水分离膜的制备方法与应用 - Google Patents
一种温敏型可切换乳液型油水分离膜的制备方法与应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114832647B CN114832647B CN202210579163.4A CN202210579163A CN114832647B CN 114832647 B CN114832647 B CN 114832647B CN 202210579163 A CN202210579163 A CN 202210579163A CN 114832647 B CN114832647 B CN 114832647B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- temperature
- water
- emulsion
- membrane
- oil
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D71/02—Inorganic material
- B01D71/024—Oxides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D17/00—Separation of liquids, not provided for elsewhere, e.g. by thermal diffusion
- B01D17/02—Separation of non-miscible liquids
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D67/00—Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
- B01D67/0079—Manufacture of membranes comprising organic and inorganic components
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D69/12—Composite membranes; Ultra-thin membranes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D71/06—Organic material
- B01D71/08—Polysaccharides
- B01D71/10—Cellulose; Modified cellulose
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
- Y02A20/124—Water desalination
- Y02A20/131—Reverse-osmosis
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
本发明涉及一种温敏型可切换乳液型油水分离膜的制备方法,该方法利用粗的CNF纤维增加MnO2纳米线之间的孔隙,利用PVDF增加膜的韧性提高机械强度,通过接枝PNIPAM实现膜的温敏可切换润湿性能。本发明得到的温敏型可切换乳液型油水分离膜对于不同粘度的油所制备的乳液都具有较高的分离通量和分离效率,同时膜具有较高的机械强度,较好的循环使用性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种温敏型可切换乳液型油水分离膜的制备方法与应用,属于油水分离膜制备应用技术领域。
背景技术
石油的勘探、开采、提炼、储备、运输和使用等过程中,由于技术缺陷、操作失误及意外事故等原因,导致油类泄露,从而产生了大量的含油废水。油类泄露不仅产生了巨大的经济损失,同时带来了许多环境问题。
目前,油水分离的技术主要包括物理法、化学法和生物法。物理法是指通过物理措施吸收油类再将其分离回收的方法,主要包括围油栏、撇渣法、过滤法和吸附等。物理法可以很好的控制溢油造成的污染,回收利用泄漏的油类,不会造成二次污染,通常优先考虑使用,但是该方法不适用于乳化油;化学法可分为燃烧法和化学药剂法。燃烧法是将助燃剂洒在浮油表面将其直接点燃,该方法虽然操作简单、快速、成本低,但是浪费了能源,也会造成二次污染。化学药剂法是利用化学药剂改变油类性质,实现油类的清理、分解或回收,但是成本相对较高。生物法主要是利用微生物对油的生物降解能力,无二次污染,环境友好,但是周期长、见效慢、稳定性差,分解能力相对较低,对海域环境要求高,适合小型油污环境的处理。因此,在油水分离领域迫切需要开发一些新型的分离技术和材料,以达到绿色、高效、低成本和选择性处理各种形式存在的油污。
与传统技术相比,响应型特殊可湿性材料为可控油水分离提供了一种智能、便捷的分离方法,也引起了广大科研工作者的关注。然而,响应型特殊可湿性材料的制备仍然是一个新的领域,包含着许多未知和挑战等着我们去发现和探索。智能型油水分离材料在主要包括pH响应型、热响应型、电响应型等。其中在所有这些刺激响应性材料中,pH响应性材料更便于操作,并且根据水性介质的pH变化通过质子化和去质子化来实现润湿性切换。这类材料工作的原理主要基于羧基、吡啶和叔胺基的酸碱反应。如,Guo等人(ACSAppl.Mater.Interfaces,2020,12(16),19130.)通过沉积银纳米粒子,然后用巯基乙醇溶液对其进行改性,制备了具有超亲水-超疏水-超亲水润湿性转换的智能双转化pH响应海绵。热响应型可湿性分离材料主要是通过调整表面不同温度,实现不同的润湿性。Ou等(Environ.Sci.Technol.,2016,50(2),906.)报道了PNIPAm包覆的聚氨酯微纤维膜,从而形成了可用于油水分离领域的热响应性3D PU材料。当温度低于聚丙烯酰胺的低临界溶液温度(LCST)~32℃时,产物在空气中表现出超疏水性,在水中表现出超疏油性。当海绵停留在高于LCST的45℃时,其在空气中表现出疏水性,在水下表现出超亲油性。两面具有不同润湿行为的膜为Janus膜;Feng等人(J.Mater.Chem.A,2019,7(9),4941-4949.)为了实现可控、稳定、高效的乳液分离,采用简单的浸渍-喷涂方法制备了聚苯胺-二氧化硅纳米粒子修饰的Janus膜。PANI聚合物和SiNPs在基底的两面修饰,就像中国太极中的阴阳,性质相反但互补。聚苯胺涂层表面是超亲水的,具有水下超亲油润湿性,面朝上时可以分离水包油乳液(包括不同离子类型和海水原油乳液)。这种材料能够通过疏水性和亲水性的结合实现可控的油/水分离;上述响应型特殊可湿性材料均存在通量低、分离效率慢的问题,并且有的制备繁琐、成本高。
综上,目前在复杂体系的废水处理中,特别是同时处理不同形式的油水污物,存在以下技术难题:通量低、分离效率慢、制备繁琐、成本高,且加工剩余物对环境会造成二次污染,同时还能处理多种形式的乳液。因此,设计一种通量高、分离效率高、制备简单、成本低的智能可切换膜实现既能分离油包水乳液,又能分离水包油型乳液,具有重要的研究价值和广阔的应用前景。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供一种温敏型可切换乳液型油水分离膜的制备方法与应用。
本发明是通过如下技术方案实现的:
一种温敏型可切换乳液型油水分离膜的制备方法,包括步骤如下:
(1)将MnO2纳米线分散液、CNF纳米纤维分散液混合均匀,得混合分散液;将混合分散液通过减压抽滤的形式抽滤到滤纸上,干燥,然后从滤纸上脱膜,制得复合膜;
(2)将复合膜在PVDF溶液中浸泡进行定型,干燥后制得定型复合膜;
(3)将定型复合膜放入含有N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)、N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)、K2S2O4和四甲基乙二胺(TEMED)的水溶液中浸泡进行复合接枝改性,然后取出干燥,得到温敏型可切换乳液型油水分离膜。
根据本发明优选的,步骤(1)中,MnO2纳米线分散液的浓度为1-10mg/mL。
根据本发明优选的,步骤(1)中,CNF纳米纤维分散液的浓度为1-20mg/mL。
根据本发明优选的,步骤(1)中,MnO2纳米线分散液与CNF纳米纤维分散液混合时,MnO2纳米线和CNF纳米纤维质量比为:(40-100):(40-100)。
根据本发明优选的,步骤(1)中,MnO2纳米线是由一水合硫酸锰、硫酸钾、过硫酸钾在密闭反应器中发生水热反应得到。
根据本发明优选的,步骤(1)中,硫酸钾、过硫酸钾、硫酸锰的摩尔比为:(4-1):(4-1):(2-0.5),水热反应中硫酸钾、过硫酸钾、硫酸锰浓度分别为:0.0625-0.375mol/L、0.0625-0.375mol/L、0.0625-0.1875mol/L。
根据本发明优选的,步骤(1)中,所述的水热反应条件为2.5-10℃/min的速率升温至180-240℃,反应24-72h,所述水热反应为静态水热反应。
根据本发明优选的,步骤(1)中,MnO2纳米线具体是按如下方法制备得到:
将10.45g硫酸钾、9.11g过硫酸钾和5.01g一水合硫酸锰同时加入200mL特氟隆内衬中,然后加入160mL去离子水,搅拌30分钟,然后将含有特氟隆内衬的反应釜放入烘箱中,以5℃/min的升温速率升至200℃反应24小时,自然冷却至室温后,用去离子水清洗产品至中性,即得MnO2纳米线。
根据本发明优选的,步骤(1)中,CNF纳米纤维是向去杂后的废弃木材或者农产品废弃物中加入亚氯酸钠和醋酸密封加热去除木质素,水洗后加入氢氧化钠加热去除半纤维素和其他杂质得到;废弃木材或者农产品废弃物为杉木或椰子丝。
根据本发明优选的,步骤(1)中,废弃木材或者农产品废弃物、亚氯酸钠、醋酸、氢氧化钠的质量比为100:(10-30):(10-30):(5-30);去除木质素加热温度为80-120℃,处理时间24-72h,处理次数为1-3次,去除半纤维素和其他杂质加热温度为80-120℃,处理时间12-36h,处理次数为1-3次。
根据本发明优选的,步骤(1)中,CNF纳米纤维具体制备方法如下:
称取100g清洗去杂的废弃木材或者农产品废弃物置于烧杯中,加去离子水没过,并加入20g的NaClO2,搅拌均匀,用冰醋酸调节pH=3-4,密封,置于110℃烘箱中加热10小时,加热结束后取出样品,水洗沥干,重复以上操作3次;
将得到的样品水洗至中性后沥干,加水没过,然后加入20g的NaOH,搅拌均匀,密封烧杯,置于90℃烘箱中加热10小时;加热结束后取出样品,水洗后沥干;得到CNF纳米纤维。
根据本发明优选的,步骤(1)中,抽滤压力为0.02-0.1MPa;得到复合膜的直径为2-10cm。
根据本发明优选的,步骤(2)中,PVDF溶液的浓度为2-20mg/mL;溶解PVDF的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜或N-甲基吡咯烷酮中的一种。
根据本发明优选的,步骤(2)中,浸泡时间为0.5-5min,复合膜浸泡张数为1-50张/30mL溶液,干燥温度为60-100℃,干燥时间为6-24h。
根据本发明优选的,步骤(3)中,NIPAM、MBA、K2S2O4的质量比为:1:(0.125-0.5):(0.0625-0.025),水溶液中TEMED的浓度为2-10μL/mL,水溶液中NIPAM的浓度为2-15mg/mL。
根据本发明优选的,步骤(3)中,浸泡时间为0.5-5min,复合膜浸泡张数为1-30张,干燥温度为40-80℃,干燥时间为6-24h。
一种温敏型可切换乳液型油水分离膜,采用上述方法制得。
温敏型可切换乳液型油水分离膜在水包油和油包水乳液分离中的应用。
与现有技术对比,本发明的技术特点及优点:
1、本发明的油水分离膜,细长的MnO2纳米线与粗的CNF纳米纤维相互堆叠在一起,形成多孔结构的复合膜,具备优异的油水分离性能;具有温敏性,当加热至50℃实现了温敏切换润湿性,可切换高效油包水和水包油乳液分离,来特定选择性地分离水包油型乳液或油包水型乳液,由此实现不同乳液类型油水分离的切换;实现了不同温度下可切换的既可以高效分离油包水乳液,又可以分离水包油乳液的性能。
2、本发明的油水分离膜具有良好为稳定性以及优异的机械性能,通过定型后,膜的机械强度提升。
3、本发明的油水分离膜循环性能好,成本低,可批量化生产。
4、本发明的原料易得,制备过程简单安全,通过调整两种不同粗细纳米线的比例,实现了膜孔道结构的调整。
附图说明
图1为实施例1制得的温敏型可切换乳液型油水分离膜的实物图。
图2为实施例1制得的温敏型可切换乳液型油水分离膜的SEM图。
图3为实施例1制得的温敏型可切换乳液型油水分离膜剖面的SEM图。
图4为实施例1制得的温敏型可切换乳液型油水分离膜的红外谱图。
图5为实施例1温敏型可切换乳液型油水分离膜的拉伸强度图
图6为实施例2制得的温敏型可切换乳液型油水分离膜的水触角图。
图7为实施例2制得的温敏型可切换乳液型油水分离膜50℃预热后的水触角图。
图8为应用实验例1的P/W乳液分离效果图。
图9为应用实验例2的W/P乳液分离效果图。
图10为实施例1温敏型可切换乳液型油水分离膜的分离膜循环性能图。
图11为对比例1的油水分离膜与实施例1的油水分离膜对比效果图。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例中所使用的实验方法如无特殊说明,均为常规方法。实施例中所用的材料、试剂等,如无特殊说明,均可从商业途径得到。
实施例1:
温敏型可切换乳液型油水分离膜的制备方法,步骤如下:
(1)MnO2纳米线合成
将10.45g硫酸钾、9.11g过硫酸钾和5.01g一水合硫酸锰同时加入200mL特氟隆内衬中,然后加入160mL去离子水,搅拌30分钟,然后将含有特氟隆内衬的反应釜放入烘箱中,以5℃/min的升温速率升至200℃反应24小时,自然冷却至室温后,用去离子水清洗产品至中性。然后,将得到的产品分散在去离子水中,配置成5mg/mL的MnO2纳米线分散液。
(2)CNF纳米纤维提取
称取100g椰子丝置于容量为2L的烧杯中,用水清洗椰子丝以去除水溶性杂质。然后,将清洗后的椰子丝加去离子水没过,并加入20g的NaClO2,搅拌均匀,用冰醋酸调节pH=3-4,密封烧杯,置于110℃烘箱中加热10小时。最后,加热结束后取出样品,水洗沥干;重复以上操作3次,直至椰子丝被分解成棉絮状,颜色由棕黄色逐渐变成白色;
将得到的样品水洗至中性后沥干,加水没过,然后加入20g的NaOH颗粒,搅拌均匀,密封烧杯,置于90℃烘箱中加热10小时,加热结束后取出样品,水洗后沥干;重复操作2次;然后,将得到的产品分散在去离子水中,配置成5mg/mL的CNF纳米纤维分散液。
(3)复合膜的制备
取10mL步骤(1)的MnO2纳米线分散液和10mL步骤(2)的CNF纳米纤维分散液置于烧杯中,搅拌15分钟,然后通过减压抽滤的形式抽滤到滤纸上,所用抽滤压力为0.06MPa,所制备膜直径约为6cm;于烘箱中60℃干燥12h,脱模,制得复合膜;
(4)复合膜的定型
将10张步骤(3)制得的复合膜放入10mg/mL的PVDF溶液(溶剂为N,N-二甲基甲酰胺,30mL)中进行浸泡1min,然后将膜取出置于80℃烘箱中固化12h;
(5)复合膜的接枝温敏改性
将10张步骤(4)制备的复合膜放入含有0.3g的NIPAM、0.15g的MBA、0.075g的K2S2O4和150μL的TEMED的30mL水溶液中进行浸泡1min,然后将膜取出置于60℃烘箱中交联12h,即得温敏型可切换乳液型油水分离膜。
本实施例得到的温敏型可切换乳液型油水分离膜实物如图1所示,从图1中可以看出膜形状规整,颜色为棕色。
图2和图3为实施例1温敏型可切换乳液型油水分离膜的正面和剖面SEM图,从图中可以看出,细长的MnO2纳米线与粗的CNF纳米纤维相互堆叠在一起,形成了较多孔结构。
图4为实施例1温敏型可切换乳液型油水分离膜的红外谱图,从图4中可以看出代表MnO2的MnO峰、PNIPAM的-CO-NH-和C=O峰、PVDF中的-C-F峰、CNF中的-CH3和C=O峰都能检测出来,说明MnO2、PNIPAM、PVDF、CNF成功接枝到乳液分离膜上。
图5为实施例1温敏型可切换乳液型油水分离膜的拉伸强度图,从图5中可以看出,温敏型可切换乳液型油水分离膜的拉伸强度可达1635kPa,位移为0.69mm,表现出良好的机械性能。
实施例2:
温敏型可切换乳液型油水分离膜的制备方法,步骤如下:
(1)MnO2纳米线合成
将10.45g硫酸钾、9.11g过硫酸钾和5.01g一水合硫酸锰同时加入200mL特氟隆内衬中,然后加入160mL去离子水,搅拌30分钟,然后将含有特氟隆内衬的反应釜放入烘箱中,以5℃/min的升温速率升至200℃反应24小时,自然冷却至室温后,用去离子水清洗产品至中性。然后,将得到的产品分散在去离子水中,配置成4mg/mL的MnO2纳米线分散液。
(2)CNF纳米纤维提取
称取100g椰子丝置于容量为2L的烧杯中,用水清洗椰子丝以去除水溶性杂质。然后,将清洗后的椰子丝加去离子水没过,并加入20g的NaClO2,搅拌均匀,用冰醋酸调节pH≈3~4,密封烧杯,置于110℃烘箱中加热10小时。最后,加热结束后取出样品,水洗沥干;重复以上操作3次,直至椰子丝被分解成棉絮状,颜色由棕黄色逐渐变成白色;
将得到的样品水洗至中性后沥干,加水没过,然后加入20g的NaOH颗粒,搅拌均匀,密封烧杯,置于90℃烘箱中加热10小时,加热结束后取出样品,水洗后沥干;重复操作2次;然后,将得到的产品分散在去离子水中,配置成5mg/mL的CNF纳米纤维分散液。
(3)复合膜的制备
取10mL步骤(1)的MnO2纳米线分散液和10mL步骤(2)的CNF纳米纤维分散液置于烧杯中,搅拌15分钟,然后通过减压抽滤的形式抽滤到滤纸上,所用抽滤压力为0.06MPa,所制备膜直径约为6cm;于烘箱中60℃干燥12h,脱模,制得复合膜;
(4)复合膜的定型
将10张步骤(3)所制备的复合膜放入10mg/mL的PVDF溶液(溶剂为N,N-二甲基甲酰胺,30mL)中进行浸泡1min,然后将膜取出置于80℃烘箱中固化12h;
(5)复合膜的接枝温敏改性
将10张步骤(4)所制备的复合膜放入含有0.3g的NIPAM、0.15g的MBA、0.075g的K2S2O4和150μL的TEMED的30mL水溶液中进行浸泡1min,然后将膜取出置于60℃烘箱中交联12h,即得温敏型可切换乳液型油水分离膜。
图6为实施例2的温敏型可切换乳液型油水分离膜的水触角图,从图4可以看出,膜在室温下水接触角约为0°,说明膜是超亲水的。
图7为实施例2的温敏型可切换乳液型油水分离膜50℃预热后的水触角图,从图5可以看出,所得膜预热下水接触角约为148°,说明膜在预热后是疏水的,实现了温敏切换润湿性。
实施例3:
同实施例1所述的温敏型可切换乳液型油水分离膜的制备方法,不同之处在于:
步骤(4)中,将10张步骤(3)制得的复合膜放入2mg/mL的PVDF溶液(溶剂为N,N-二甲基甲酰胺,30mL)中进行浸泡1min,然后将膜取出置于80℃烘箱中固化12h;其他按实施例1进行。
实施例4:
同实施例1所述的温敏型可切换乳液型油水分离膜的制备方法,不同之处在于:
步骤(4)中,将10张步骤(3)制得的复合膜放入20mg/mL的PVDF溶液(溶剂为N,N-二甲基甲酰胺,30mL)中进行浸泡1min,然后将膜取出置于80℃烘箱中固化12h;其他按实施例1进行。
实施例5:
同实施例1所述的温敏型可切换乳液型油水分离膜的制备方法,不同之处在于:
步骤(5)中,将10张步骤(4)制备的复合膜放入含有0.1g的NIPAM、0.05g的MBA、0.025g的K2S2O4和150μL的TEMED的30mL水溶液中进行浸泡1min,然后将膜取出置于60℃烘箱中交联12h,即得温敏型可切换乳液型油水分离膜;其他按实施例1进行。
实施例6:
同实施例1所述的温敏型可切换乳液型油水分离膜的制备方法,不同之处在于:
步骤(5)中,将10张步骤(4)制备的复合膜放入含有0.3g的NIPAM、0.15g的MBA、0.075g的K2S2O4和60μL的TEMED的30mL水溶液中进行浸泡1min,然后将膜取出置于60℃烘箱中交联12h,即得温敏型可切换乳液型油水分离膜;其他按实施例1进行。
应用实施例1
将实施例4制备的温敏型可切换乳液型油水分离膜用于乳液分离,具体步骤如下:
将1mL石油醚加入99mL的去离子水中,用均质分散机(20000转/min)分散10min后,得乳白色乳液(P/W乳液);首先将温敏型可切换乳液型油水分离膜用去离子水润湿,然后将此膜固定在减压过滤装置上对所得P/W乳液进行分离,分离后可以得到澄清透明的水溶液。
图8是P/W乳液分离效果图,左图为分离前的乳液,右图为分离后的乳液,分离后乳液由乳白浑浊状分离后变为澄清透明状。
应用实施例2
将实施例6制备的温敏型可切换乳液分离膜用于乳液分离,具体步骤如下:
将1mL去离子水加入99mL石油醚的中,用均质分散机(20000转/min)分散10min后,得乳白色乳液(W/P乳液);首先将温敏型可切换乳液型油水分离膜在50℃烘箱中预热30min,然后将此膜固定在减压过滤装置上对所得W/P乳液进行分离,分离后可以得到澄清透明的石油醚溶液。
图9是W/P乳液分离效果图,左图为分离前的乳液,右图为分离后的乳液,分离后乳液由乳白浑浊状分离后变为澄清透明状。
应用实施例3
将实施例1制备的温敏型可切换乳液型油水分离膜用于乳液分离,具体步骤如下:
1、将1mL石油醚加入99mL的去离子水中,用均质分散机(20000转/min)分散10min后,得乳白色乳液(P/W乳液);温敏型可切换乳液型油水分离膜用去离子水润湿,然后将此膜固定在减压过滤装置上对所得P/W乳液进行分离;使用后进行清洗,循环进行使用,循环5次后,效果见图10所示。
2、将1mL去离子水加入99mL石油醚的中,用均质分散机(20000转/min)分散10min后,得乳白色乳液(W/P乳液);首先将温敏型可切换乳液型油水分离膜在50℃烘箱中预热30min,然后将此膜固定在减压过滤装置上对所得W/P乳液进行分离,使用后进行清洗,循环进行使用,循环5次后,效果见图10所示。
通过图10可以看出,此膜对于石油醚包水乳液(W-P emulsion)与水包石油醚乳液(P-Wemulsion)的分离通量分别约为16000L m-2h-1bar-1和5000L m-2h-1bar-1,分离效率仍在99.5%以上,经过5次循环,对于两种乳液的分离通量基本保持不变,说明了此膜具有非常好的循环使用性能。
对比例1
同实施例1所述的温敏型可切换乳液型油水分离膜的制备方法,不同之处在于:
将10张步骤(3)制得的复合膜不进行定型,直接放入含有0.3g的NIPAM、0.15g的MBA、0.075g的K2S2O4和150μL的TEMED的30mL水溶液中进行浸泡1min,然后将膜取出置于60℃烘箱中交联12h,得到温敏型可切换乳液型油水分离膜。与实施例1进行对比。
对比例1的油水分离膜与实施例1的油水分离膜对比效果见图11所示,从图11可以看出,未经PVDF定型的膜放于水中并轻轻扰动水,膜即破损并分散于水中,而经过PVDF定型膜可稳定存在于水中,说明本发明经过PVDF定型的温敏型可切换乳液分离膜具有良好的稳定性。
Claims (5)
1.一种温敏型可切换乳液型油水分离膜的制备方法,包括步骤如下:
(1)将MnO2纳米线分散液、CNF纳米纤维分散液混合均匀,得混合分散液;将混合分散液通过减压抽滤的形式抽滤到滤纸上,干燥,然后从滤纸上脱膜,制得复合膜;MnO2纳米线分散液的浓度为1-10 mg/mL;CNF纳米纤维分散液的浓度为1-20 mg/mL;MnO2纳米线分散液与CNF纳米纤维分散液混合时,MnO2纳米线和CNF纳米纤维质量比为:(40-100):(40-100);
CNF纳米纤维是向去杂后的废弃木材或者农产品废弃物中加入亚氯酸钠和醋酸密封加热去除木质素,水洗后加入氢氧化钠加热去除半纤维素和其他杂质得到;废弃木材或者农产品废弃物为杉木或椰子丝;废弃木材或者农产品废弃物、亚氯酸钠、醋酸、氢氧化钠的质量比为100:(10-30):(10-30):(5-30);去除木质素加热温度为80-120 ºC,处理时间24-72h,处理次数为1-3次,去除半纤维素和其他杂质加热温度为80-120 ºC,处理时间12-36 h,处理次数为1-3次;
(2)将复合膜在PVDF溶液中浸泡进行定型,干燥后制得定型复合膜;PVDF溶液的浓度为2-20 mg/mL;溶解PVDF的溶剂为N, N-二甲基甲酰胺、N, N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜或N-甲基吡咯烷酮中的一种;浸泡时间为0.5-5 min,复合膜浸泡张数为1-50张/30 mL溶液,干燥温度为60-100 ºC,干燥时间为6-24 h;
(3)将定型复合膜放入含有N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)、N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)、K2S2O4和四甲基乙二胺(TEMED)的水溶液中浸泡进行复合接枝改性,然后取出干燥,得到温敏型可切换乳液型油水分离膜。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,MnO2纳米线是由一水合硫酸锰、硫酸钾、过硫酸钾在密闭反应器中发生水热反应得到,硫酸钾、过硫酸钾、硫酸锰浓度分别为:0.0625-0.375 mol/L、0.0625-0.375 mol/L、0.0625-0.1875 mol/L;水热反应条件为2.5-10 ºC/min的速率升温至180-240 ºC,反应24-72 h,所述水热反应为静态水热反应。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(3)中,NIPAM、MBA、K2S2O4的质量比为:1:(0.125-0.5):(0.0625-0.025),水溶液中TEMED的浓度为2-10 μL/mL,水溶液中NIPAM 的浓度为2-15mg/mL;浸泡时间为0.5-5 min,复合膜浸泡张数为1-30张,干燥温度为40-80 ºC,干燥时间为6-24 h。
4.一种温敏型可切换乳液型油水分离膜,采用权利要求1-3任一所述的方法制得。
5.权利要求4所述的温敏型可切换乳液型油水分离膜在水包油和油包水乳液分离中的应用。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210579163.4A CN114832647B (zh) | 2022-05-25 | 2022-05-25 | 一种温敏型可切换乳液型油水分离膜的制备方法与应用 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210579163.4A CN114832647B (zh) | 2022-05-25 | 2022-05-25 | 一种温敏型可切换乳液型油水分离膜的制备方法与应用 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN114832647A CN114832647A (zh) | 2022-08-02 |
CN114832647B true CN114832647B (zh) | 2023-08-11 |
Family
ID=82572893
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202210579163.4A Active CN114832647B (zh) | 2022-05-25 | 2022-05-25 | 一种温敏型可切换乳液型油水分离膜的制备方法与应用 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN114832647B (zh) |
Citations (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1594404A (zh) * | 2004-07-16 | 2005-03-16 | 天津工业大学 | 一种温敏聚偏氟乙烯中空纤维智能膜制备方法及其产品 |
CN101985086A (zh) * | 2009-11-23 | 2011-03-16 | 天津工业大学 | 温度响应型中空纤维分离膜 |
CN105542192A (zh) * | 2016-02-03 | 2016-05-04 | 中国科学院过程工程研究所 | 一种利用玉米秸秆为原料制备路用木质素纤维的方法 |
CN108704489A (zh) * | 2018-06-05 | 2018-10-26 | 江苏大学 | 一种油水分离用柔性Janus分离膜及其制备方法和应用 |
CN108772108A (zh) * | 2018-05-31 | 2018-11-09 | 苏州大学 | 一种可见光响应的二氧化钛纳米线/金属有机骨架/碳纳米纤维膜及其制备方法及应用 |
CN108854583A (zh) * | 2018-06-05 | 2018-11-23 | 江苏大学 | 一种仿蜘蛛网结构的亲水性油水分离膜的制备方法 |
CN111389234A (zh) * | 2020-03-20 | 2020-07-10 | 江苏大学 | 一种三维多孔MnO2纳米线印迹膜及其制备方法与应用 |
CN112973478A (zh) * | 2020-02-25 | 2021-06-18 | 四川大学 | 温敏性超亲水性膜及其制备方法 |
CN112981725A (zh) * | 2020-02-25 | 2021-06-18 | 四川大学 | 纳米纤维膜、温敏性Janus复合膜及其制备方法 |
WO2021240150A1 (en) * | 2020-05-27 | 2021-12-02 | G2O Water Technologies Limited | Oil and water separation membrane |
CN113750815A (zh) * | 2021-09-10 | 2021-12-07 | 武汉纺织大学 | 可切换乳液型油水分离纳米抗菌膜及其制备方法 |
CN114073897A (zh) * | 2021-11-19 | 2022-02-22 | 江南大学 | 一种氧化锌纳米线修饰的纳米纤维过滤膜的制备方法 |
WO2022040790A1 (en) * | 2020-08-25 | 2022-03-03 | University Of Manitoba | Dual-functional superwettable nano-structured membrane |
CN114197233A (zh) * | 2021-12-17 | 2022-03-18 | 大连理工大学 | 一种从农林固废物中分离提取纤维素纳米纤维的方法 |
-
2022
- 2022-05-25 CN CN202210579163.4A patent/CN114832647B/zh active Active
Patent Citations (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1594404A (zh) * | 2004-07-16 | 2005-03-16 | 天津工业大学 | 一种温敏聚偏氟乙烯中空纤维智能膜制备方法及其产品 |
CN101985086A (zh) * | 2009-11-23 | 2011-03-16 | 天津工业大学 | 温度响应型中空纤维分离膜 |
CN105542192A (zh) * | 2016-02-03 | 2016-05-04 | 中国科学院过程工程研究所 | 一种利用玉米秸秆为原料制备路用木质素纤维的方法 |
CN108772108A (zh) * | 2018-05-31 | 2018-11-09 | 苏州大学 | 一种可见光响应的二氧化钛纳米线/金属有机骨架/碳纳米纤维膜及其制备方法及应用 |
CN108704489A (zh) * | 2018-06-05 | 2018-10-26 | 江苏大学 | 一种油水分离用柔性Janus分离膜及其制备方法和应用 |
CN108854583A (zh) * | 2018-06-05 | 2018-11-23 | 江苏大学 | 一种仿蜘蛛网结构的亲水性油水分离膜的制备方法 |
CN112981725A (zh) * | 2020-02-25 | 2021-06-18 | 四川大学 | 纳米纤维膜、温敏性Janus复合膜及其制备方法 |
CN112973478A (zh) * | 2020-02-25 | 2021-06-18 | 四川大学 | 温敏性超亲水性膜及其制备方法 |
CN111389234A (zh) * | 2020-03-20 | 2020-07-10 | 江苏大学 | 一种三维多孔MnO2纳米线印迹膜及其制备方法与应用 |
WO2021240150A1 (en) * | 2020-05-27 | 2021-12-02 | G2O Water Technologies Limited | Oil and water separation membrane |
WO2022040790A1 (en) * | 2020-08-25 | 2022-03-03 | University Of Manitoba | Dual-functional superwettable nano-structured membrane |
CN113750815A (zh) * | 2021-09-10 | 2021-12-07 | 武汉纺织大学 | 可切换乳液型油水分离纳米抗菌膜及其制备方法 |
CN114073897A (zh) * | 2021-11-19 | 2022-02-22 | 江南大学 | 一种氧化锌纳米线修饰的纳米纤维过滤膜的制备方法 |
CN114197233A (zh) * | 2021-12-17 | 2022-03-18 | 大连理工大学 | 一种从农林固废物中分离提取纤维素纳米纤维的方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
刘志明.《木质纤维的纳米纤丝化和凝胶化及吸附性能研究》.哈尔滨工程大学出版社,2018,第161页. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN114832647A (zh) | 2022-08-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN105617882B (zh) | 一种壳聚糖修饰氧化石墨烯纳米复合正渗透膜及其制备方法 | |
CN109295713A (zh) | 基于纤维素纳米纤维的磁性复合水凝胶的制备方法及用途 | |
CN107899432B (zh) | 一种用于水体过滤净化的平板复合纳滤膜及其制备方法 | |
CN106552514A (zh) | 一种一体式智能净水龙头专用复合纳滤膜及其制备方法 | |
CN100567156C (zh) | 采用超滤膜净化和回收丝光污碱的方法和装置 | |
CN113600147A (zh) | 一种重金属离子吸附纤维膜材料的制备方法 | |
CN110292868A (zh) | 一种氨基化氧化石墨烯与石墨相氮化碳复合改性膜材料及其制备方法和应用 | |
CN109957964B (zh) | 耐久且具自修复性能的pH响应型智能超浸润织物的制备方法及其应用 | |
CN114618331B (zh) | 一种共价有机框架掺杂聚酰胺反渗透膜及其制备方法 | |
CN114832647B (zh) | 一种温敏型可切换乳液型油水分离膜的制备方法与应用 | |
CN111013199A (zh) | 一种智能pH响应型三聚氰胺泡沫油水分离材料的制备方法 | |
Li et al. | A review of 3D superhydrophilic porous materials for oil/water separation | |
CN110354684B (zh) | 一种低能耗的反渗透膜及其制备方法和应用 | |
CN113069939A (zh) | 一种二氧化钛改性膜及其制备方法 | |
CN111495212A (zh) | 一种抗污油水分离复合膜的制备方法 | |
CN109610031B (zh) | 生物质碳掺杂纳米纤维毡的制备及其在分离油水混合物中的应用 | |
CN108837711B (zh) | 一种纳米粒子改性pvdf平板膜的制备方法及其应用 | |
CN113019160B (zh) | 一种二氧化钛改性膜及其制备方法 | |
Qiuyu et al. | Anionic ammonium polyphosphate coated underwater superoleophobic cotton fabric for effective oil/water separation | |
CN113318613B (zh) | 一种抗油污油水分离复合膜及其制备方法 | |
CN105148746B (zh) | 一种复合改性醋酸纤维素膜的制备方法 | |
CN111389378B (zh) | 一种两性自上浮吸附剂、制备方法和应用 | |
CN100548448C (zh) | 基于硅藻精土纤维球超滤器的过滤设备及其过滤流程 | |
CN115703684A (zh) | 一种用于油水分离的超润湿性材料及其制备方法和应用 | |
CN113274897A (zh) | 一种酰胺键原位交联的聚醚功能化油水分离膜的制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |