CN116272399A - 一种多尺度结构的超疏水亚胺聚合物膜的制备方法及应用 - Google Patents
一种多尺度结构的超疏水亚胺聚合物膜的制备方法及应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116272399A CN116272399A CN202310041320.0A CN202310041320A CN116272399A CN 116272399 A CN116272399 A CN 116272399A CN 202310041320 A CN202310041320 A CN 202310041320A CN 116272399 A CN116272399 A CN 116272399A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- super
- hydrophobic
- imine polymer
- copper mesh
- preparation
- 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.)
- Granted
Links
- 230000003075 superhydrophobic effect Effects 0.000 title claims abstract description 77
- 150000002466 imines Chemical class 0.000 title claims abstract description 60
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 36
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 title claims description 24
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 73
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 71
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 71
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 41
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 30
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims abstract description 27
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 claims abstract description 23
- 229920005597 polymer membrane Polymers 0.000 claims abstract description 15
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 claims abstract description 10
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 51
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 44
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 37
- WWZKQHOCKIZLMA-UHFFFAOYSA-N octanoic acid Chemical compound CCCCCCCC(O)=O WWZKQHOCKIZLMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 34
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 27
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 25
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 23
- 125000002485 formyl group Chemical class [H]C(*)=O 0.000 claims description 18
- OBETXYAYXDNJHR-UHFFFAOYSA-N alpha-ethylcaproic acid Natural products CCCCC(CC)C(O)=O OBETXYAYXDNJHR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 17
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 claims description 16
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 claims description 16
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 11
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 10
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 9
- 238000007667 floating Methods 0.000 claims description 9
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 9
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 9
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 8
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 claims description 8
- 239000000376 reactant Substances 0.000 claims description 8
- 238000009777 vacuum freeze-drying Methods 0.000 claims description 8
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 7
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 4
- 230000035515 penetration Effects 0.000 claims description 4
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 2
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims description 2
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 claims 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims 1
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 15
- 239000012528 membrane Substances 0.000 abstract description 6
- 238000012986 modification Methods 0.000 abstract description 3
- 235000019476 oil-water mixture Nutrition 0.000 abstract description 3
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 abstract description 2
- 239000002262 Schiff base Substances 0.000 abstract 2
- 150000004753 Schiff bases Chemical class 0.000 abstract 2
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 150000001879 copper Chemical class 0.000 abstract 1
- 235000019198 oils Nutrition 0.000 description 19
- 238000007605 air drying Methods 0.000 description 6
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 6
- 239000008213 purified water Substances 0.000 description 6
- 229920000620 organic polymer Polymers 0.000 description 5
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 3
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 2
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000013310 covalent-organic framework Substances 0.000 description 1
- 238000005238 degreasing Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000009297 electrocoagulation Methods 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000005188 flotation Methods 0.000 description 1
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 description 1
- 125000001449 isopropyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])(*)C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 239000008204 material by function Substances 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000005067 remediation Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
- B01D69/02—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor characterised by their properties
-
- 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
- B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D71/06—Organic material
- B01D71/58—Other polymers having nitrogen in the main chain, with or without oxygen or carbon only
- B01D71/60—Polyamines
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/40—Devices for separating or removing fatty or oily substances or similar floating material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/44—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2325/00—Details relating to properties of membranes
- B01D2325/38—Hydrophobic membranes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
- C02F2101/32—Hydrocarbons, e.g. oil
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
本发明公开了一种多尺度结构的超疏水亚胺聚合物膜的制备方法及应用，该膜可用于油水分离；其制备方法包括：a)铜网基底的刻蚀；b)进一步基底的Cu(OH)2纳米线构筑；c)基于希夫碱反应在改性后的铜网上构筑超疏水亚胺聚合物材料；d)制备的多尺度结构的超疏水亚胺聚合物膜可用于多种油水混合溶液的高效分离。本发明基于席夫碱反应制备的亚胺聚合物膜，没有进行复杂的后修饰和含氟基团的引入，材料本身就具有超疏水‑超亲油的性质，在油水混合物的分离过程中有优异的分离效率。
Description
技术领域
本发明属于含油污水处理领域，具体涉及一种多尺度结构的超疏水亚胺聚合物膜的制备方法及应用。
背景技术
油污染是由石油泄漏以及有机溶剂排放产生的。水体中的含油污染物主要以漂浮油、乳化油、分散油、溶解油等四种状态存在，其很难分解或降解。为了解决此类环境问题，研究者们把目光集中在了污染防治这一领域，传统的重力分离、脱脂、浮选、吸附和电凝等含油废水分离方法，由于成本高和效率低等问题面临巨大挑战。因此，油水混合物的高效分离或去除已成为环境治理的迫切需要。
共价有机聚合物，是一类由轻质元素(C、H、B、O、N等)通过共价键连接而成的有机多孔材料，因其具有多孔道、高比表面积、多活性位点等特点，使得共价有机聚合物膜含油污水处理等领域具有较好的应用潜力。在2021年，超浸润性技术入选IUPAC化学领域十大新兴技术，科学家们研制出诸多应用于能源环境、材料、化工等领域超浸润功能材料。如崔勇教授团队成功合成了带异丙基和氟的低表面能的COFs涂层，实现了分离效率超过99.5％油水分离性能[1]。目前针对超疏水共价有机聚合物材料的报道并不多，因此，通过设计具有疏水性单体，采用简单制备策略构筑超疏水二维共价有机多孔材料包覆基底极具研究价值和应用前景。
发明内容
本发明提出了一种多尺度结构的超疏水亚胺聚合物膜的制备方法及应用，首先对基底进行预处理除去表面的有机物和其他杂质并刻蚀；再经K2S2O8和1mol/L的NaOH混合液浸泡构筑Cu(OH)2纳米线；然后配制同浓度的以DMSO为溶剂的均苯三甲醛溶液和辛二胺，将两者按体积比混合，再量取足以浸泡铜网的混合液，在未经处理的辛酸作催化剂条件下，室温反应2d，取出后用无水乙醇冲洗后，最后置于45℃烘干，即可得到包覆超疏水聚亚胺复合铜网。该复合铜网具有优异的油水分离能力。
本发明的目的通过如下技术方案来实现
一种多尺度结构的超疏水亚胺聚合物膜的制备方法，该方法包括以下具体步骤：
步骤1：超疏水亚胺聚合物材料的制备
室温条件下，以DMSO为溶剂，分别配制浓度为0.05mol/L-0.15mol/L的均苯三甲醛和辛二胺溶液，再将两溶液按其体积比进行混合，加入2.5μL的辛酸作催化剂，静置后得到乳白色凝胶，并分别以不同梯度质量分数的无水乙醇溶液进行溶剂置换，最后真空冷冻干燥24h，得到白色块状超疏水亚胺聚合物材料。
步骤2：超疏水亚胺聚合物膜的制备
2.1：铜网的刻蚀
用丙酮和无水乙醇各超声清洗10min，再用1mol/L的盐酸浸泡10min，除去表面油污等杂质并刻蚀。
2.2：基底的Cu(OH)2纳米线构筑
将2.1中预处理后铜网用0.01mol/L-0.07mol/L的K2S2O8和NaOH混合液浸泡30min后，用蒸馏水冲洗干净并干燥备用。
2.3：超疏水亚胺聚合物膜的制备
以DMSO为溶剂，分别配制浓度为0.0003mol/L-0.075mol/L的均苯三甲醛和辛二胺溶液，再按体积比混合同浓度的两溶液，量取约30-60mL的混合液并倒入置有2.2中干燥铜网的烧杯中，再沿杯壁加入10μL辛酸，静置2d，取出包覆了超疏水聚亚胺材料的铜网，用无水乙醇冲洗，除去残留的反应物和漂浮在表面的聚亚胺,最后置于鼓风干燥箱中45℃烘干，即可得到多尺度结构的超疏水亚胺聚合物膜。
进一步，本发明提供了多尺度结构的超疏水亚胺聚合物膜，利用上述多尺度结构的超疏水亚胺聚合物膜的制备方法制备得到。
进一步，本发明提供了多尺度结构的超疏水亚胺聚合物膜在分离有机物和水混合物的应用。
进一步，所述超疏水亚胺聚合物膜在常温下能够将互不相溶的液体有机物和水通过过滤进行分离，其油通量至少63000L/m2·h；在进行25次油水分离的循环中，分离效率仍然达到98％以上，分离效率稳定；经过计算，复合材料对水的穿透压力均高于2.0kPa。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书一个或多个实施例或现有技术中的技术方案，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说明书一个或多个实施例，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为本发明实施例1制备的超疏水亚胺聚合物材料的合成路线图；
图2为本发明实施例1制备的超疏水亚胺聚合物材料的红外光谱图；
图3为本发明实施例1制备的超疏水亚胺聚合物膜的SEM图；
图4为本发明实施例6中超疏水亚胺聚合物膜复水的接触角图；
图5为本发明实施例6中超疏水亚胺聚合物膜的油水分离性效率及流量图；
图6为本发明实施例6中超疏水亚胺聚合物膜的油水分离重复性实验图。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面对本发明进行详细说明并结合具体实施例，对本公开进一步详细说明。
实施例1：制备超疏水亚胺聚合物材料
步骤1：超疏水亚胺聚合物材料的制备
室温条件下，以DMSO为溶剂，分别配制浓度为0.075mol/L的均苯三甲醛和辛二胺溶液，再将两溶液按其体积比进行混合，加入2.5μL的辛酸作催化剂，静置后得到乳白色凝胶，并分别以质量分数为20％、40％、60％、80％、99.7％的乙醇溶液进行梯度置换溶剂，置换2d，真空冷冻干燥24h，得到白色块状超疏水聚亚胺材料；其合成路线如图1所示，红外光谱图如图2所示；
步骤2：100目超疏水亚胺聚合物膜的制备
步骤2.1：铜网的刻蚀
将直径为(4cm)的100目铜网依次用丙酮和无水乙醇各超声清洗10min，再用1mol/L的盐酸浸泡10min，除去表面油污等杂质并刻蚀。
步骤2.2：基底的Cu(OH)2纳米线构筑
将2.1中预处理后铜网用0.05mol/L的K2S2O8和1mol/L的NaOH混合液浸泡30min，取出用纯净水冲洗干净，最后置于鼓风干燥箱中干燥备用。
步骤2.3：超疏水亚胺聚合物膜的制备
以DMSO为溶剂，分别配制浓度为0.0003mol/L、0.00075mol/L、0.003mol/L、0.0075mol/L、0.03mol/L和0.075mol/L的均苯三甲醛和辛二胺溶液，再按体积比混合同浓度的两溶液，量取约50mL的混合液并加入2.2中干燥铜网的烧杯中使铜网被完全浸没，再沿杯壁加入10μL辛酸，静置2d，取出包覆了样品的铜网，用无水乙醇冲洗，除去残留的反应物和漂浮在表面的聚亚胺,最后置于鼓风干燥箱中45℃烘干，即可得到包覆超疏水亚胺聚合物材料的铜网，其SEM图如图3所示。
实施例2
步骤1：超疏水亚胺聚合物材料的制备
室温条件下，以DMSO为溶剂，分别配制浓度为0.075mol/L的均苯三甲醛和辛二胺溶液，再将两溶液按其体积比进行混合，加入2.5μL的辛酸作催化剂，静置后得到乳白色凝胶，并分别以质量分数为20％、40％、60％、80％、99.7％的乙醇溶液进行梯度置换溶剂，置换2d，真空冷冻干燥24h，得到白色块状超疏水聚亚胺材料。
步骤2：150目超疏水亚胺聚合物膜的制备
步骤2.1：铜网的刻蚀
将直径为(4cm)的150目铜网依次用丙酮和无水乙醇各超声清洗10min，取出并用1mol/L的盐酸浸泡10min，除去表面油污等杂质。
步骤2.2：基底的Cu(OH)2纳米线构筑
将2.1中预处理后铜网用0.05mol/L的K2S2O8和1mol/L的NaOH混合液浸泡30min，取出用纯净水冲洗干净，最后置于鼓风干燥箱中干燥备用。
步骤2.3：超疏水亚胺聚合物膜的制备
以DMSO为溶剂，分别配制浓度为0.0003mol/L、0.00075mol/L、0.003mol/L、0.0075mol/L、0.03mol/L和0.075mol/L的均苯三甲醛和辛二胺溶液，再按体积比混合同浓度的两溶液，量取约50mL的混合液并加入2.2中干燥铜网的烧杯中使铜网被完全浸没，再沿杯壁加入10μL辛酸，静置2d，取出包覆了样品的铜网，用无水乙醇冲洗，除去残留的反应物和漂浮在表面的聚亚胺,最后置于鼓风干燥箱中45℃烘干，即可得到包覆超疏水亚胺聚合物材料的铜网。
实施例3
步骤1：超疏水亚胺聚合物材料的制备
室温条件下，以DMSO为溶剂，分别配制浓度为0.075mol/L的均苯三甲醛和辛二胺溶液，再将两溶液按其体积比进行混合，加入2.5μL的辛酸作催化剂，静置后得到乳白色凝胶，并分别以质量分数为20％、40％、60％、80％、99.7％的乙醇溶液进行梯度置换溶剂，置换2d，真空冷冻干燥24h，得到白色块状超疏水聚亚胺材料。
步骤2：180目超疏水亚胺聚合物膜的制备
步骤2.1：铜网的刻蚀
将直径为(4cm)的180目铜网依次用丙酮和无水乙醇各超声清洗10min，取出并用1mol/L的盐酸浸泡10min，除去表面油污等杂质。
步骤2.2：基底的Cu(OH)2纳米线构筑
将2.1中预处理后铜网用0.05mol/L的K2S2O8和1mol/L的NaOH混合液浸泡30min，取出用纯净水冲洗干净，最后置于鼓风干燥箱中干燥备用。
步骤2.3：超疏水亚胺聚合物膜的制备
以DMSO为溶剂，分别配制浓度为0.0003mol/L、0.00075mol/L、0.003mol/L、0.0075mol/L、0.03mol/L和0.075mol/L的均苯三甲醛和辛二胺溶液，再按体积比混合同浓度的两溶液，量取约50mL的混合液并加入2.2中干燥铜网的烧杯中使铜网被完全浸没，再沿杯壁加入10μL辛酸，静置2d，取出包覆了样品的铜网，用无水乙醇冲洗，除去残留的反应物和漂浮在表面的聚亚胺,最后置于鼓风干燥箱中45℃烘干，即可得到包覆超疏水亚胺聚合物材料的铜网。
实施例4
步骤1：超疏水亚胺聚合物材料的制备
室温条件下，以DMSO为溶剂，分别配制浓度为0.075mol/L的均苯三甲醛和辛二胺溶液，再将两溶液按其体积比进行混合，加入2.5μL的辛酸作催化剂，静置后得到乳白色凝胶，并分别以质量分数为20％、40％、60％、80％、99.7％的乙醇溶液进行梯度置换溶剂，置换2d，真空冷冻干燥24h，得到白色块状超疏水聚亚胺材料。
步骤2：200目超疏水亚胺聚合物膜的制备
步骤2.1：铜网的刻蚀
将直径为(4cm)的200目铜网依次用丙酮和无水乙醇各超声清洗10min，取出并用1mol/L的盐酸浸泡10min，除去表面油污等杂质。
步骤2.2：基底的Cu(OH)2纳米线构筑
将2.1中预处理后铜网用0.05mol/L的K2S2O8和1mol/L的NaOH混合液浸泡30min，取出用纯净水冲洗干净，最后置于鼓风干燥箱中干燥备用。
步2.3：超疏水亚胺聚合物膜的制备
以DMSO为溶剂，分别配制浓度为0.0003mol/L、0.00075mol/L、0.003mol/L、0.0075mol/L、0.03mol/L和0.075mol/L的均苯三甲醛和辛二胺溶液，再按体积比混合同浓度的两溶液，量取约50mL的混合液并加入2.2中干燥铜网的烧杯中使铜网被完全浸没，再沿杯壁加入10μL辛酸，静置2d，取出包覆了样品的铜网，用无水乙醇冲洗，除去残留的反应物和漂浮在表面的聚亚胺,最后置于鼓风干燥箱中45℃烘干，即可得到包覆超疏水亚胺聚合物材料的铜网。
实施例5
步骤1：超疏水亚胺聚合物材料的制备
室温条件下，以DMSO为溶剂，分别配制浓度为0.075mol/L的均苯三甲醛和辛二胺溶液，再将两溶液按其体积比进行混合，加入2.5μL的辛酸作催化剂，静置后得到乳白色凝胶，并分别以质量分数为20％、40％、60％、80％、99.7％的乙醇溶液进行梯度置换溶剂，置换2d，真空冷冻干燥24h，得到白色块状超疏水聚亚胺材料。
步骤2：250目超疏水亚胺聚合物膜的制备
步骤2.1：铜网的刻蚀
将直径为(4cm)的250目铜网依次用丙酮和无水乙醇各超声清洗10min，取出并用1mol/L的盐酸浸泡10min，除去表面油污等杂质。
步骤2.2：基底的Cu(OH)2纳米线构筑
将2.1中预处理后铜网用0.05mol/L的K2S2O8和1mol/L的NaOH混合液浸泡30min，取出用纯净水冲洗干净，最后置于鼓风干燥箱中干燥备用。
步骤2.3：超疏水聚亚胺复合铜网的制备
以DMSO为溶剂，分别配制浓度为0.0003mol/L、0.00075mol/L、0.003mol/L、0.0075mol/L、0.03mol/L和0.075mol/L的均苯三甲醛和辛二胺溶液，再按体积比混合同浓度的两溶液，量取约50mL的混合液并加入6.2中干燥铜网的烧杯中使铜网被完全浸没，再沿杯壁加入10μL辛酸，静置2d，取出包覆了样品的铜网，用无水乙醇冲洗，除去残留的反应物和漂浮在表面的聚亚胺,最后置于鼓风干燥箱中45℃烘干，即可得到包覆超疏水亚胺聚合物材料的铜网。
实施例6
步骤1：超疏水亚胺聚合物材料的制备
室温条件下，以DMSO为溶剂，分别配制浓度为0.075mol/L的均苯三甲醛和辛二胺溶液，再将两溶液按其体积比进行混合，加入2.5μL的辛酸作催化剂，静置后得到乳白色凝胶，并分别以质量分数为20％、40％、60％、80％、99.7％的乙醇溶液进行梯度置换溶剂，置换2d，真空冷冻干燥24h，得到白色块状超疏水聚亚胺材料。
步骤2：300目超疏水亚胺聚合物膜的制备
步骤2.1：铜网的刻蚀
将直径为(4cm)的300目铜网依次用丙酮和无水乙醇各超声清洗10min，取出并用1mol/L的盐酸浸泡10min，除去表面油污等杂质。
步骤2.2：基底的Cu(OH)2纳米线构筑
将2.1中预处理后铜网用0.05mol/L的K2S2O8和1mol/L的NaOH混合液浸泡30min，取出用纯净水冲洗干净，最后置于鼓风干燥箱中干燥备用。
步骤2.3：超疏水亚胺聚合物膜的制备
以DMSO为溶剂，分别配制浓度为0.0003mol/L、0.00075mol/L、0.003mol/L、0.0075mol/L、0.03mol/L和0.075mol/L的均苯三甲醛和辛二胺溶液，再按体积比混合同浓度的两溶液，量取约50mL的混合液并加入2.2中干燥铜网的烧杯中使铜网被完全浸没，再沿杯壁加入10μL辛酸，静置2d，取出包覆了样品的铜网，用无水乙醇冲洗，除去残留的反应物和漂浮在表面的聚亚胺,最后置于鼓风干燥箱中45℃烘干，即可得到包覆超疏水亚胺聚合物材料的铜网。
超疏水亚胺聚合物材料、超疏水亚胺聚合物膜的微观结构表征和油水分离性能检测
采用傅里叶变换红外分析原料同合成超疏水聚亚胺材料；采用SEM对包覆超疏水聚亚胺材料的复合铜网进行外部微观形貌表征；采用接触角测试仪对包覆超疏水聚亚胺材料的复合铜网进行疏水性测试；采用自制油水分离器来测试包覆超疏水聚亚胺材料的铜网的油水分离性能。同时，我们分别通过测量材料对水支撑的最大高度可以计算出穿透压力。
油水分离性能的具体操作流程为：将所述膜安装到夹具之间，将预先配制的各种有机物和水的混合物倒入，任其由重力作用自由流下，将被所述膜截留的水倒入另外的烧杯中，称重。油水分离性能由分离效率η和水的通量F评价，最后在用水的穿透压来评价其承受最大压力。
其中m1和m0分别是分离后和分离前水的质量，V是透过膜的油的体积；S是膜的有效表面积，t是油全部渗透所需的时间，P表示压强，ρ是液体密度，g是重力常数，hmax表示液体的在材料表面上的最大高度。
合成的超疏水铜网/共价有机聚合物复合膜的水接触角为154.2°，如图4所示。在常温常压下超疏水铜网/共价有机聚合物复合膜仅靠油水混合物的重力作用通过过滤的方式即可实现油水分离，分离效果为：如图5所示，实现油与水的完全分离，水回收率98％以上，透过油的流量高于63000L/m2·h。如图6所示，在25次油水分离的循环实验中，分离效率达98％以上，经过计算，复合材料对水的穿透压均高于2.0kPa。
本说明书一个或多个实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本说明书一个或多个实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种多尺度结构的超疏水亚胺聚合物膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：超疏水亚胺聚合物材料的制备
室温条件下，以DMSO为溶剂，分别配制浓度为0.05mol/L-0.15mol/L的均苯三甲醛和辛二胺溶液，再将两溶液按其体积比进行混合，加入2.5μL的辛酸作催化剂，静置后得到乳白色凝胶，并分别以不同梯度质量分数的无水乙醇溶液进行溶剂置换，最后真空冷冻干燥24h，得到白色块状超疏水亚胺聚合物材料；
步骤2：超疏水亚胺聚合物膜的制备
2.1：铜网的刻蚀
用丙酮和无水乙醇各超声清洗10min，再用1mol/L的盐酸浸泡10min，除去表面油污等杂质并刻蚀；
2.2：基底的Cu(OH)2纳米线构筑
将2.1中预处理后铜网用0.01mol/L-0.07mol/L的K2S2O8和NaOH混合液浸泡30min后，用蒸馏水冲洗干净并干燥备用；
2.3：超疏水亚胺聚合物膜的制备
以DMSO为溶剂，分别配制浓度为0.0003mol/L-0.075mol/L的均苯三甲醛和辛二胺溶液，再按体积比混合同浓度的两溶液，量取30-60mL的混合液并倒入置有2.2中干燥铜网的烧杯中，再沿杯壁加入10μL辛酸，静置2d，取出包覆了超疏水亚胺聚合物材料的铜网，用无水乙醇冲洗，除去残留的反应物和漂浮在表面的聚亚胺,最后置于鼓风干燥箱中45℃烘干，即可得到多尺度结构的超疏水亚胺聚合物膜。
2.多尺度结构的超疏水亚胺聚合物膜，其特征在于，利用权利要求1所述的多尺度结构的超疏水亚胺聚合物膜的制备方法制备得到。
3.权利要求2所述的多尺度结构的超疏水亚胺聚合物膜在有机物和水混合液的分离中的应用。
4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述超疏水亚胺聚合物膜在常温下能够将互不相溶的液体有机物和水通过过滤进行分离，其油通量可达63000L/m2·h；在进行25次油水分离的循环中，分离效率仍在98％以上；经过计算，复合材料对水的穿透压力均高于2.0kPa，具有良好的保水性能。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310041320.0A CN116272399B (zh) | 2023-01-12 | 2023-01-12 | 一种多尺度结构的超疏水亚胺聚合物膜的制备方法及应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310041320.0A CN116272399B (zh) | 2023-01-12 | 2023-01-12 | 一种多尺度结构的超疏水亚胺聚合物膜的制备方法及应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116272399A true CN116272399A (zh) | 2023-06-23 |
| CN116272399B CN116272399B (zh) | 2023-09-12 |
Family
ID=86784102
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310041320.0A Active CN116272399B (zh) | 2023-01-12 | 2023-01-12 | 一种多尺度结构的超疏水亚胺聚合物膜的制备方法及应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116272399B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116875004A (zh) * | 2023-08-23 | 2023-10-13 | 青岛周氏塑料包装有限公司 | 一种pbat母粒及其制备方法及pbat保鲜膜 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103611437A (zh) * | 2013-10-14 | 2014-03-05 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 具有多尺度梯度微结构表面的微孔膜的制备方法 |
| CN107174972A (zh) * | 2017-06-19 | 2017-09-19 | 东南大学 | 一种超双亲多孔膜材料及其制备方法和应用 |
| US20180333683A1 (en) * | 2015-11-27 | 2018-11-22 | Queen's University At Kingston | Functional Filters for Hydrophobic Liquid/Hydrophilic Liquid Separations |
| CN110141887A (zh) * | 2019-04-26 | 2019-08-20 | 华东师范大学 | 一种不锈钢网支撑的超疏水cof膜及制备方法和应用 |
| CN110237568A (zh) * | 2019-05-24 | 2019-09-17 | 安徽大学 | 一种基于自然仿生的高通量开关型油水分离网膜制备方法 |
| US20190329184A1 (en) * | 2017-01-18 | 2019-10-31 | Ngee Ann Polytechnic | Hydrophilic polymer and membrane for oil-water separation and method of producing the same |
| CN112934008A (zh) * | 2021-03-08 | 2021-06-11 | 上海交通大学 | 一种高通量油水分离cof膜及其制备方法与应用 |
-
2023
- 2023-01-12 CN CN202310041320.0A patent/CN116272399B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103611437A (zh) * | 2013-10-14 | 2014-03-05 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 具有多尺度梯度微结构表面的微孔膜的制备方法 |
| US20180333683A1 (en) * | 2015-11-27 | 2018-11-22 | Queen's University At Kingston | Functional Filters for Hydrophobic Liquid/Hydrophilic Liquid Separations |
| US20190329184A1 (en) * | 2017-01-18 | 2019-10-31 | Ngee Ann Polytechnic | Hydrophilic polymer and membrane for oil-water separation and method of producing the same |
| CN107174972A (zh) * | 2017-06-19 | 2017-09-19 | 东南大学 | 一种超双亲多孔膜材料及其制备方法和应用 |
| CN110141887A (zh) * | 2019-04-26 | 2019-08-20 | 华东师范大学 | 一种不锈钢网支撑的超疏水cof膜及制备方法和应用 |
| CN110237568A (zh) * | 2019-05-24 | 2019-09-17 | 安徽大学 | 一种基于自然仿生的高通量开关型油水分离网膜制备方法 |
| CN112934008A (zh) * | 2021-03-08 | 2021-06-11 | 上海交通大学 | 一种高通量油水分离cof膜及其制备方法与应用 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| CHUNHUA LIU ET. AL.: ""Facile Fabrication of Single-Layer Janus Membrane for Underwater Bubble Unidirectional Transport"", 《FRONTIERS IN PHYSICS》, vol. 10, pages 1 - 6 * |
| GREGORY PARISI ET. AL.: ""Using a fluorine-free copper mesh with dynamically tunable wetting properties for high-flux separation of oil-water mixtures"", 《JOURNAL OF WATER PROCESS ENGINEERING》, vol. 44 * |
| WEIBIN BAI ET. AL.: ""Preparation of superhydrophobic polyimide microstructural layer on copper mesh for oil/water separation"", 《JOURNAL OF THE TAIWAN INSTITUTE OF CHEMICAL ENGINEERS》, vol. 95, pages 71 - 77 * |
| 吴莉莉等: ""耐久性超疏水材料的研究进展"", 《粘接》, vol. 39, no. 5 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116875004A (zh) * | 2023-08-23 | 2023-10-13 | 青岛周氏塑料包装有限公司 | 一种pbat母粒及其制备方法及pbat保鲜膜 |
| CN116875004B (zh) * | 2023-08-23 | 2024-03-26 | 青岛周氏塑料包装有限公司 | 一种pbat母粒及其制备方法及pbat保鲜膜 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116272399B (zh) | 2023-09-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Bai et al. | Facile fabrication of superhydrophobic wood slice for effective water-in-oil emulsion separation | |
| CN106807338B (zh) | 一种用于油水分离的改性石墨烯增强聚氨酯海绵的制备方法 | |
| Shuai et al. | A superhydrophobic poly (dimethylsiloxane)-TiO2 coated polyurethane sponge for selective absorption of oil from water | |
| CN116272399B (zh) | 一种多尺度结构的超疏水亚胺聚合物膜的制备方法及应用 | |
| CN104324524A (zh) | 一种超疏水超亲油超轻海绵的制备方法 | |
| CN112108130B (zh) | 一种智能超疏水材料及其制备方法和应用 | |
| Wu et al. | Solar-assisted isotropically thermoconductive sponge for highly viscous crude oil spill remediation | |
| CN108043242B (zh) | 一种表面浸润性能可调的氧化石墨烯膜的制备方法 | |
| CN106693898A (zh) | 一种掺杂度可控的多孔还原氧化石墨烯吸油材料及其制备方法 | |
| CN113426430B (zh) | 一种智能型油水分离材料及其制备方法和应用 | |
| CN114272766B (zh) | 一种二维MXene基油水分离膜及其制备方法 | |
| Yin et al. | Microphone-like Cu-CAT-1 hierarchical structures with ultra-low oil adhesion for highly efficient oil/water separation | |
| Mu et al. | Facile preparation of melamine foam with superhydrophobic performance and its system integration with prototype equipment for the clean-up of oil spills on water surface | |
| Guan et al. | Efficient recovery of highly viscous crude oil spill by superhydrophobic ocean biomass-based aerogel assisted with solar energy | |
| CN110756179A (zh) | 超疏水超亲油改性海绵材料的制备方法 | |
| CN113509847A (zh) | 一种通过水面铺展制备多孔纳米粒子/聚二甲基硅氧烷膜的方法 | |
| CN108822333A (zh) | 一种疏水-超亲油海绵及其制备方法和应用 | |
| Zheng et al. | Polydimethylsiloxane/carbonized bacterial cellulose sponge for oil/water separation | |
| CN112871146B (zh) | 一种双功能金属-有机框架材料改性复合膜及其制备方法和应用 | |
| Zeng et al. | Solar-assisted efficient cleanup of high-viscosity oil spills using magnetic porous biochar | |
| CN103877952A (zh) | 类软糖状聚硅氧烷吸附材料及其表面改性海绵的制备与应用 | |
| CN116351403A (zh) | MXene/rGO气凝胶、PDA/CS/MXene/rGO气凝胶及其制备方法和应用 | |
| Cheng et al. | A Modified Porous Sponge with Selective Ability for Oil Removal from Oil-Water Mixtures | |
| CN115093673A (zh) | 一种基于溴氧铋制备的三维超疏水材料及其应用 | |
| Bai et al. | Photothermal polymethylsilsesquioxane-vinyltrimethoxysilane-polypyrrole xerogel for efficient solar-driven viscous oil/water separation through one-pot synthesis route |
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 |