一種鵝卵石狀γ-AlOOH涂覆的油水分離網(wǎng)膜材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于功能材料領(lǐng)域，具體涉及一種鵝卵石狀γ -Α100Η涂覆的油水分離網(wǎng)膜材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]含油污水的來源廣泛，除了石油開采及加工排出大量含油廢水外，還有固體燃料熱加工、紡織工業(yè)中的洗毛廢水、輕工業(yè)中的制革廢水、食品加工以及機(jī)械工業(yè)中車削工藝中的乳化液等。隨著人們環(huán)保意識的加強(qiáng)，油水分離技術(shù)也越來越受到人們的重視?，F(xiàn)有的油水分離網(wǎng)膜存在加工過程復(fù)雜的缺點(diǎn)，如需要加工烘烤成膜，并且涂層較厚，容易使油液流動阻力增大，從而降低油水分離效率。而且還存在原料成本高導(dǎo)致油水分離膜造價貴的問題，同時大量有機(jī)原料的使用也帶來嚴(yán)重的污染。因此，如何降低成本、提高分離效率以及綠色環(huán)保成為油水分離網(wǎng)膜技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。
[0003]勃姆石是一種重要的無機(jī)化工產(chǎn)品，具有獨(dú)特的化學(xué)物理性質(zhì)，而且無毒環(huán)保、合成成本低，已成為制備氧化物涂層油水分離膜的熱點(diǎn)材料。如Wang等(Zhi jie Wang ,YuTian,Haosen Fan etc.Facile seed-assisted hydrothermal fabricat1n of y-AlOOHnanoflake films with superhydrophobicity[J].New J.Chem，2014，38，1321-1327.)通過種子輔助水熱法在玻璃基底上制備出γ-AlOOH納米片超疏水膜，水的接觸角為160° ±3° ^tkjfKZhijie WangjJinghua Gong，Jinghong Ma and Jian Xu.1n situ growth ofhierarchical boehmite on2024aluminum alloy surface as superhydrophobicmaterials[J].RSC Adv，2014，4，14708-14714.)也通過原位生長的方法在2024鋁合金表面制備出花狀結(jié)構(gòu)的γ-A100H疏水膜，水的接觸角為155°。然而，現(xiàn)有方法制備的γ-Α100Η超疏水膜的疏水性能相對不高，超疏水膜的形態(tài)不豐富，同時在油水分離方面的應(yīng)用及油水分離效率的報(bào)道還很少。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明主要是針對現(xiàn)有方法制備的γ-Α100Η超疏水膜的疏水性能不高的問題，提供一種鵝卵石狀γ -Α100Η涂覆的油水分離網(wǎng)膜材料及其制備方法，通過本發(fā)明方法制備的超疏水親油油水分離網(wǎng)膜，其γ-Α100Η涂層呈鵝卵石狀，疏水性能好、油水分離效率高，而且工藝簡單、成本低。
[0005]本發(fā)明的具體技術(shù)方案為:一種鵝卵石狀γ-Α100Η涂覆的油水分離網(wǎng)膜材料，以不銹鋼網(wǎng)為基體，在其上有γ-Α100Η涂覆層，所述γ-Α100Η涂覆層是由直徑為0.5?0.8μπι、厚度為100?150nm的鸛卵石狀γ -Α100Η構(gòu)成，鸛卵石間距為50?100nm，且垂直排列于不銹鋼網(wǎng)基體上。
[0006]如上述鵝卵石狀γ-Α100Η涂覆的油水分離網(wǎng)膜材料的制備方法，包括以下步驟:
[0007](I)將300?500目不銹鋼網(wǎng)置于丙酮和無水乙醇的混合液中，經(jīng)超聲波清洗后干燥，將干燥后的金屬網(wǎng)置于濃硫酸或濃硝酸和雙氧水的混合溶液中浸泡，最后洗凈干燥待用；
[0008](2)在溶有鋁鹽的水溶液中，加入沉淀劑和蛋清溶液，攪拌至溶液透明后，將溶液轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中，并將步驟(I)中待用的不銹鋼網(wǎng)垂直懸掛于溶液中，進(jìn)行水熱反應(yīng)；
[0009](3)將反應(yīng)后的不銹鋼網(wǎng)置于低表面能的溶液中浸泡后，洗凈、干燥，即得鵝卵石狀γ -Α100Η涂覆的油水分離網(wǎng)膜。
[0010]本發(fā)明通過在不銹鋼網(wǎng)表面構(gòu)造粗糙的γ-Α100Η微觀結(jié)構(gòu)，并結(jié)合低表面能物質(zhì)修飾的方法，制備得到超疏水親油網(wǎng)膜材料。本發(fā)明中步驟(I)主要是清除不銹鋼網(wǎng)表面的污漬、氧化膜等，同時在其表面生成大量-OH基團(tuán)，并刻蝕出一定的粗糙形貌;步驟(2)主要是在不銹鋼網(wǎng)表面構(gòu)造鵝卵石狀γ -Α100Η微觀結(jié)構(gòu)，蛋清溶液的加入有利于控制γ -Α100Η形貌;步驟(3)主要是對不銹鋼網(wǎng)進(jìn)行低表面能修飾，使其具有超疏水性能。本發(fā)明在不銹鋼網(wǎng)表面構(gòu)造的鵝卵石狀結(jié)構(gòu)有利于將大量空氣困于材料表面的空隙中，使得液滴與材料表面的接觸由傳統(tǒng)的液、固兩相接觸變?yōu)橐?固-氣三相接觸，減少了液滴和不銹鋼網(wǎng)表面的接觸面積，從而實(shí)現(xiàn)了超疏水性能。
[0011]作為優(yōu)選，所述步驟(I)丙酮與無水乙醇的體積比為0.7?1.0:1。
[0012]作為優(yōu)選，所述步驟(I)濃硫酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95?98%，濃硝酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65?69%，雙氧水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25?30%，濃硫酸或濃硝酸與雙氧水的體積比為0.5?0.8:1。
[0013]作為優(yōu)選，所述步驟(I)超聲波清洗時間為10?15min，浸泡時間為1.5?2h。
[0014]作為優(yōu)選，所述步驟(2)鋁鹽水溶液的濃度為0.022?0.027M，鋁鹽與沉淀劑的摩爾比為1: 0.02?0.05，沉淀劑與蛋清的質(zhì)量比為3?7:1。
[0015]作為優(yōu)選，所述鋁鹽選自硝酸鋁、氯化鋁中的一種，沉淀劑選自草酸鈉、碳酸氫鈉中的至少一種，所述蛋清溶液為蛋清經(jīng)烘干粉碎后配成的溶液。本發(fā)明中，沉淀劑使用前先用適量水溶解，再加入鋁鹽水溶液中。蛋清溶液的配制方法為:先按沉淀劑與蛋清的質(zhì)量比稱取蛋清烘干粉碎后所得的粉末，再用適量的水配制成溶液即可。
[0016]作為優(yōu)選，所述步驟(2)水熱反應(yīng)溫度為180?190°C，反應(yīng)時間為15?20h。
[0017]作為優(yōu)選，所述步驟(3)低表面能溶液的濃度為0.04?0.05M，其溶質(zhì)選自硬脂酸、正十二硫醇、正十六硫醇中的至少一種，溶劑選自無水乙醇、丙酮中的一種。
[0018]作為優(yōu)選，所述步驟(3)浸泡時間為1.5?2h。
[0019]本發(fā)明制備的油水分離網(wǎng)膜可適用于柴油、汽油、食用油、潤滑油、煤油等一種或多種組分混合的油水混合物的分離，油水混合物的油水體積比可為0.5?1:1，分離效率在98%以上。使用時，量取一定體積的油水混合物，攪勻后，倒入油水分離裝置中，即可實(shí)現(xiàn)油水分離。
[0020]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明提供的鵝卵石狀γ-A100H涂覆的油水分離網(wǎng)膜材料的制備方法，較以往方法原料易得，成本低廉，操作簡單，處理方便，而且制備的油水分離網(wǎng)膜疏水性能好、油水分離效率高。
【附圖說明】
[0021 ]圖1為實(shí)施例1制備的不銹鋼網(wǎng)膜涂層的X-ray衍射圖；
[0022]圖2為實(shí)施例2制備的不銹鋼網(wǎng)膜表面1yL水滴接觸角狀態(tài)圖；
[0023]圖3為實(shí)施例3制備的不銹鋼網(wǎng)涂層的FE-SEM圖；
[0024]圖4為本發(fā)明制備的不銹鋼網(wǎng)膜分別對汽油、柴油、食用油、潤滑油4種油水混合物的最低分離效率圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面通過具體實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步說明。
[0026]本發(fā)明所采用硝酸鋁為Al(NO3)3.9H20，氯化鋁為AlCl3.6H20(均為分析純)，其他原料和設(shè)備若非特指，均可從市場購得或是本領(lǐng)域常用的，實(shí)施例中的方法，如無特別說明，均為本領(lǐng)域的常規(guī)方法。
[0027]實(shí)施例1
[0028]—種鵝卵石狀γ -Α100Η涂覆的油水分離網(wǎng)膜材料的制備方法，包括以下步驟:
[0029](I)將300目不銹鋼網(wǎng)剪成45 X 35mm的網(wǎng)片，置于體積比為0.7:1的丙酮和無水乙醇的混合液中，經(jīng)超聲波清洗15min后，用去離子水洗凈，在恒溫干燥箱中70 V干燥15min，將干燥后的不銹鋼網(wǎng)置于體積比為0.5:1的濃硫酸和雙氧水的混合溶液中浸泡2h，然后用去離子水洗凈，在恒溫干燥箱中70 0C干燥15min后待用，其中濃硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98 %，雙氧水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30% ；
[0030](2)將0.75g(2mmol)硝酸鋁溶于75mL去離子水中攪拌30min，再分別將4mL濃度為
0.02!1101凡的碳酸氫鈉(0.081]11]101，0.00678)溶液和11]11^濃度為]^凡的蛋清(0.00]^)溶液，加入硝酸鋁溶液中，攪拌Ih至溶液透明后，將透明溶液轉(zhuǎn)移至10mL的水熱反應(yīng)釜中，并將步驟(I)中待用的不銹鋼網(wǎng)垂直懸掛于透明溶液中，在180 °C下水熱反應(yīng)18h。
[0031](3)將反應(yīng)后的不銹鋼網(wǎng)用去離子水清洗3次，在70°C干燥15min后，置于硬脂酸與無水乙醇混合溶液中浸泡1.5h，其中硬脂酸與無水乙醇混合溶液中，硬脂酸0.497g(0.0017mol)，無水乙醇40mL(0.043mol/L)，然后將不銹鋼網(wǎng)取出，用酒精清洗3次，在70°C干燥1min，即得鵝卵石狀γ -Α100Η涂覆的油水分離網(wǎng)膜。
[0032]測試不銹鋼網(wǎng)膜油水分離效率:
[0033]將制備的不銹鋼網(wǎng)膜固定于分離裝置中，量取90mL油水體積比為0.5:1的油水混合物，快速攪拌后，倒入分離裝置中，可以看到油快速通過網(wǎng)膜，而水則在網(wǎng)膜上面慢慢蓄積，從而實(shí)現(xiàn)油水分離。實(shí)驗(yàn)中，選用柴油、汽油、煤油、潤滑油為油相，通過測量分離前后油水混合物的質(zhì)量，計(jì)算得到油水分離效率分別為99%、98.3%、98.5%、98.2%。
[0034]實(shí)施例2
[0035]—種鵝卵石狀γ -Α100Η涂覆的油水分離網(wǎng)膜材料的制備方法，包括以下步驟:
[0036](I)將400目不銹鋼網(wǎng)剪成45 X 35mm的網(wǎng)片，置于體積比為0.9:1的丙酮和無水乙醇的混合液中，經(jīng)超聲波清洗I Omin后，用去離子水洗凈，在恒溫干燥箱中70 °C干燥15min，將干燥后的不銹鋼網(wǎng)置于體積比為0.7:1的濃硫酸和雙氧水的混合溶液中浸泡1.5h，然后用去離子水洗凈，在恒溫干燥箱中75°C干燥15min后待用，其中濃硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95 %，雙氧水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25% ；
[0037](2)將0.483g(2mmol)氯化鋁溶于76.4mL去離子水中攪拌30min，再分別將2mL濃度為0.02mol/L的草酸鈉(0.04mmol ,0.0054g)溶液和1.6mL濃度為lg/L的蛋清(0.0016g)溶液，加入氯化鋁溶液中，攪拌1.5h至溶液透明后，將透明溶液轉(zhuǎn)移至10mL的水熱反