一種油水分離網(wǎng)膜及其制備方法與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種油水分離網(wǎng)膜及其制備方法與應(yīng)用，屬于化學(xué)化工、功能材料技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著生活含油污水和工業(yè)含油污水排放量的日益增多，油水分離已經(jīng)成為了當(dāng)今世界的一大挑戰(zhàn)。重大的油泄露事故如墨西哥灣事故和我國的長慶油田泄漏事故，不僅僅造成了資源的大量浪費(fèi)，也對(duì)環(huán)境和人類健康造成了很大的影響，這種危害會(huì)持續(xù)很長一段時(shí)間。油水混合物大致可以分為不能互溶的油水混合物和乳液狀的油水混合物(粒徑小于20微米)兩種，分別對(duì)應(yīng)著油水分離和乳液分離兩大類分離技術(shù)。利用特殊浸潤性設(shè)計(jì)的油水分離網(wǎng)膜具有制備簡單、分離效率高等諸多優(yōu)勢，并且可以應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域。但是大多數(shù)發(fā)明均只針對(duì)上述所設(shè)計(jì)的一種油水混合物的分離，且存在網(wǎng)膜不穩(wěn)定、不耐酸堿、分離的乳液不穩(wěn)定等問題。
[0003]聚二乙烯基苯是一種可以通過簡單溶劑熱方法合成的具有超疏水性質(zhì)的納米多孔聚合物材料，這種聚合物材料已經(jīng)可以用于有機(jī)化合物的吸附和生物分子的固定和降解，并且將其涂在紙張、玻璃、手指等基底上均可以使該基底變?yōu)槌杷谋砻妗?br>
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種油水分離網(wǎng)膜及其制備方法與應(yīng)用。本發(fā)明成本低、采用溶劑熱聚合方法合成，其制備過程簡單；應(yīng)用于油與水分離或油包水乳液分離，分離率高；分離具有穩(wěn)定性，可重復(fù)利用。
[0005]本發(fā)明提供的油水分離網(wǎng)膜的制備方法，包括如下步驟:
[0006]I)將聚合物單體、引發(fā)劑加入到溶劑中混合，形成預(yù)聚液；
[0007]2)將多孔基底浸入所述預(yù)聚液中，所述多孔基底表面上發(fā)生聚合反應(yīng)，即得到所述油水分離網(wǎng)膜；
[0008]所述多孔基底為織物網(wǎng)或?yàn)V膜。
[0009]上述的方法中，所述聚合物單體為二乙烯基苯；
[0010]所述引發(fā)劑為偶氮二異丁腈；
[0011]所述溶劑為乙酸乙酯和/或四氫呋喃；
[0012]所述預(yù)聚液中，所述聚合物單體的重量百分比可為1.08?2.15wt%，具體可為
2.09wt % N 1.67wt % N 1.39wt %、1.1 Iwt % 或 1.11 ?2.09wt % ；
[0013]所述引發(fā)劑的重量百分比可為0.06?0.14wt%，具體可為0.14wt%、0.llwt%、
0.08界1:%或 0.08 ?0.14wt% ；
[0014]余量為溶劑。
[0015]上述的方法中，所述織物網(wǎng)為不銹鋼網(wǎng)、銅纖維織物網(wǎng)、鐵纖維織物網(wǎng)或尼龍纖維織物網(wǎng)；
[0016]所述織物網(wǎng)的孔徑可為300?1000目，具體可為400目、1000目或400?1000目；
[0017]所述濾膜為尼龍濾膜或聚偏氟乙烯濾膜；
[0018]所述濾膜的孔徑可為0.22?0.45μπι，具體可為0.22 μm、0.45 μm或0.22?
0.45 μ mD
[0019]上述的方法中，所述聚合反應(yīng)的溫度為100°C，具體可為100°C ;
[0020]所述聚合反應(yīng)的時(shí)間可為12?24h，具體可為12h、18h或24h。
[0021]上述的方法中，步驟2)之前還包括將所述多孔基底浸入乙醇和丙酮的混合溶液中，清洗，晾干；清洗時(shí)采用的乙醇和丙酮的體積比為1:1。
[0022]本發(fā)明還提供了上述的方法制備的油水分離網(wǎng)膜。
[0023]上述的油水分離網(wǎng)膜中，當(dāng)所述多孔基底為所述織物網(wǎng)時(shí)，所述油水分離網(wǎng)膜的網(wǎng)孔孔徑為50?ΙΟΟμπι;
[0024]當(dāng)所述多孔基底為所述濾膜時(shí)，所述油水分離網(wǎng)膜的網(wǎng)孔孔徑為O?I μπι，但不包括零。
[0025]本發(fā)明所述油水分離網(wǎng)膜在油水分離中的應(yīng)用。
[0026]上述應(yīng)用中，當(dāng)所述多孔基底為所述織物網(wǎng)時(shí)，所述油水分離網(wǎng)膜應(yīng)用于油與水混合物分離，具體可應(yīng)用于油與海水混合物分離；
[0027]當(dāng)所述多孔基底為所述濾膜時(shí)，所述油水分離網(wǎng)膜應(yīng)用于納米級(jí)油包水乳液分離。
[0028]上述應(yīng)用中，進(jìn)行油水分離時(shí)，油能通過所述油水分離網(wǎng)膜，水被阻擋在其外；所述油水分離網(wǎng)膜具有超疏水/超親油的特殊浸潤性，分離的油水可為汽油、柴油、正己烷、潤滑油或甲苯與水的混合物；所述油水分離網(wǎng)膜還具有耐酸堿鹽的性能，具有很好的穩(wěn)定性，可重復(fù)使用多次；
[0029]進(jìn)行油包水乳液分離時(shí)，在所述油包水乳液中加入表面活性劑，油能通過所述油水分離網(wǎng)膜，水被阻擋在其外；加入表面活性劑使得所述油包水乳液破乳，能有效的實(shí)現(xiàn)乳液分離；所述濾膜具有高疏水/超親油的特殊浸潤性，分離的油包水乳液為汽油、柴油、正己烷或潤滑油與水的油包水乳液，所述濾膜還具有很好的穩(wěn)定性，可以多次使用；
[0030]所述油水分離網(wǎng)膜進(jìn)行油水分離或油包水乳液分離時(shí)，均能重復(fù)使用30次以上。
[0031]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0032]本發(fā)明采用溶劑熱方法制備，制備過程簡單、原料易得、省時(shí)省力，可以進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)在多種具有多孔結(jié)構(gòu)的基底上制備油水分離膜，該油水分離膜可以實(shí)現(xiàn)多種油水混合物和油包水乳液的分離，并具有很高的分離效率。本發(fā)明所制備的油水分離膜具有很好的穩(wěn)定性，可以進(jìn)行多次循環(huán)使用。
【附圖說明】
[0033]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的油水分離網(wǎng)膜的表面的電鏡掃描照片；其中，圖1a)為油水分離網(wǎng)膜的表面形貌掃描電鏡照片和放大照片，圖1b)為原網(wǎng)膜和本發(fā)明聚合后網(wǎng)膜的XPS測試，圖1c)為聚二乙烯基苯聚合后不銹鋼網(wǎng)膜的空氣中水接觸角和油接觸角，圖1d)為本發(fā)明網(wǎng)膜在全pH范圍內(nèi)的接觸角。
[0034]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中制備的油水分離網(wǎng)膜進(jìn)行油水分離實(shí)驗(yàn)和結(jié)果圖；其中，圖2a)和2b)分別為對(duì)油/海水分離前和分離后的實(shí)驗(yàn)圖，圖2c)為該網(wǎng)膜對(duì)多種油水混合物的分離效率，圖2d)為該網(wǎng)膜重復(fù)性實(shí)驗(yàn)。
[0035]圖3為本發(fā)明實(shí)施例3制備的乳液分離濾膜的電鏡掃描圖；其中，圖3a)為乳液分離濾膜的掃描電鏡照片和放大照片，圖3b)為原網(wǎng)膜和聚合后網(wǎng)膜的XPS測試，圖3c)和3d)分別為聚二乙烯基苯修飾濾膜的空氣中水的接觸角和油接觸角照片。
[0036]圖4為本發(fā)明實(shí)施例3制備的乳液分離濾膜進(jìn)行乳液分離實(shí)驗(yàn)和結(jié)果圖；其中，圖4a)為濾膜的乳液分離照片，圖4b)為油包水型甲苯乳液的粒徑分析圖，圖4c)為該濾膜對(duì)多種油包水乳液的分離效率，圖4d)為該濾膜的重復(fù)性實(shí)驗(yàn)。
【具體實(shí)施方式】
[0037]下述實(shí)施例中所使用的實(shí)驗(yàn)方法如無特殊說明，均為常規(guī)方法。
[0038]下述實(shí)施例中所用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑得到。
[0039]實(shí)施例1、溶劑熱法制備不互溶油水分離的網(wǎng)膜
[0040](I)室溫(25°C )下，向10ml燒杯中先加入40ml的乙酸乙酯并加入磁子攪拌，之后再順序加入0.75g的二乙烯基苯(簡稱DVB)溶液和0.05g的偶氮二異丁腈溶液(即聚合物單體的重量百分比為2.09wt%，引發(fā)劑的重量百分比為0.14wt%，余量為溶劑)，攪拌4h直至溶液混合均勻，形成預(yù)聚液。
[0041](2)將1000目不銹鋼纖維織物網(wǎng)(即為不銹銅網(wǎng))裁剪成4X4cm的正方形，在乙醇/丙酮(1:1)的溶液中超聲洗滌30min，以除去其表面的雜質(zhì)。
[0042](3)將步驟⑴中的預(yù)聚液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，再將步驟(2)洗凈的不銹鋼網(wǎng)膜浸泡在預(yù)聚液中。
[0043](4)在100°C的條件下反應(yīng)24h，網(wǎng)膜表面上形成聚二乙烯基苯(簡稱TOVB)，最后取出網(wǎng)膜，用丙酮沖洗并吹干，即得到油水分離網(wǎng)膜，如圖1a)所示，為其表面的電鏡掃描圖片和放大圖片。
[0044]本發(fā)明在二乙烯基苯單體聚合的過程中，將聚合物直接反應(yīng)在不銹鋼網(wǎng)上，制備出了具有微納結(jié)構(gòu)的網(wǎng)膜，由圖1b)可知，XPS測試顯示，反應(yīng)后網(wǎng)膜的C元素含量升高，而Fe元素含量降低，進(jìn)一步證明了聚合物反應(yīng)在網(wǎng)膜的表面。由圖1c)可知，在空氣中水的接觸角大于150°，而汽油的接觸角則接近0°，此外，由圖1d)可知，該網(wǎng)膜還具有優(yōu)異的耐酸堿性能，在全PH范圍內(nèi)水接觸角均大于150°。
[0045]對(duì)本發(fā)明油水分離網(wǎng)膜進(jìn)行油/海水分離實(shí)驗(yàn)測試，如圖2a)和圖2b)所示，本發(fā)明制備的油水分離網(wǎng)膜被固定在兩個(gè)特氟龍夾具中間，夾具兩端接有玻璃管，整個(gè)裝置傾斜放置。由圖2a)和圖2b)可知，當(dāng)體積比為1:1的汽油/海水的混合物傾斜倒入夾具中后，汽油迅速通過該網(wǎng)膜，而水則被阻隔在網(wǎng)膜上方玻璃管中，從而實(shí)現(xiàn)有效的油水分離。由圖2c)和圖2d)可知，本發(fā)明不銹鋼網(wǎng)膜可以分離