一种高效油水分离膜的快速制备方法及应用与流程

1.本发明涉及材料表面改性技术领域，特别是指一种高效油水分离膜的快速制备方法及应用。


背景技术：

2.随着工业发展及人们生活方式的改变，工业含油废水及生活含油污水的排放日益增多，危害到人们的健康生活。由此，油水分离技术逐渐得到人们重视，并且已经成为关系到全人类的一项技术挑战。
3.目前已经有多种油水分离技术被广泛的研究与开发，包括溶胶-凝胶法、刻蚀法、电化学法、等离子体处理法等，这些方法均已取得较好效果，但都不同程度存在工艺复杂、生产成本高的缺点，不利于产业化生产。其中，基于表面改性技术设计制备的具有特殊浸润性的油水分离网膜具有制备工艺简单、材料成本低廉、分离效率高等显著特点，可以应用于工业生产领域。
4.另一方面，大多数已有发明所述油水分离网膜往往制膜时间漫长、涉及危险试剂或制备过程具有一定危险性，这对于大规模工业化生产造成很大困扰。因此，探寻油水分离膜更加安全高效的制备方法将对其更好地落实到工业化生产具有十分重要的意义。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种安全高效制备高分离效率油水分离网膜的方法。本发明采用的制备工艺简单，可快速制膜，材料成本低廉，制备过程不涉及有毒、强腐蚀性、强氧化还原性试剂等危险试剂，可安全高效的获得可操作性强的高效油水分离网膜。
6.为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：
7.一方面，本发明提供一种高效油水分离膜的快速制备方法，包括以下步骤：(1)将固体网膜分别用丙酮、乙醇、超纯水在超声条件下清洗20min以去除表面的油污，烘干备用；其中，所述固体网膜材质是金属材质的磷铜网、黄铜网、紫铜网、铝网、不锈钢网、铁网，或非金属材质的聚丙烯网、尼龙纤维织物网、涤纶网、无纺布、聚氯乙烯网；
8.(2)称取疏水性聚合物材料溶解于溶剂中，室温下磁力搅拌6～8h，得到溶解均一的改性溶液，使其均匀包覆到预处理后固体网膜上，烘干即可得到所述油水分离网膜；其中，疏水性聚合物材料可以是聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯共聚六氟丙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯中的一种或多种；溶剂可以是丙酮、n-甲基吡咯烷酮、n，n-二甲基乙酰胺、n，n-二甲基甲酰胺中的任意一种或多种的混合；
9.进一步的，所述固体网膜目数为200～1200目，优选为300～600目，具体可以是350目、450目、550目或350～550目；
10.优选的，所述改性溶液浓度为2％～40wt％，优选为6％～18wt％，具体可以是7wt％、9％wt、11wt％或7％～18wt％，余量为溶剂；
11.进一步的，所述步骤(2)中将其包覆到预处理后的固体网膜上具体为：将改性溶液
通过刷涂、刮涂、滚涂、浸涂或喷涂中的一种或多种方式涂覆在所述固体网膜上，所述改性溶液用量相对于固体网膜的面积为0.03-0.08ml/cm2。
12.所述步骤(2)中，烘干温度为15℃～130℃，优选为40℃～60℃，具体可以是45℃、50℃、55℃。
13.本发明制备的油水分离网膜通过在固体网膜表面包覆疏水性聚合物改性材料得到，疏水聚合物涂覆到光滑固体网膜上烘干后，一方面固体网膜表面变得粗糙，另一方面在固体网膜间隙会形成具有一定粗糙度的网络结构，实现固体网膜表面粗糙结构的构筑。而正是由于表面粗糙结构的构筑及低表面能物质的包覆，使其具备优良的疏水亲油性能，可应用于油水混合物分离。
14.上述应用中，进行油水分离时，水被阻挡在其外，而油相能快速浸润并通过网膜；分离的油水可以是二氯甲烷、氯仿、二氯乙烷、溴代烃与水的混合物。
15.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
16.1、本发明所述油水分离网膜制备工艺简单，可快速制膜，原材料廉价易得，且制备过程安全高效，适合大规模工业化生产和应用。
17.2、本发明所述油水分离网膜可以实现多种油水混合物的自主高效分离，节省大量时间及人力，具有明显的经济效益。
18.3、本发明所述成品分离膜机械性能良好，能够很好的实现自支撑，应用时可以根据需要自由设计、裁剪成所需形状。
19.4、本发明所述油水分离膜表面呈现惰性，在分析检测领域拥有发展前景。
附图说明
20.图1为本发明实施例1制备的油水分离网膜的表面形貌扫描电镜照片；
21.图2为本发明实施例1制备的油水分离网膜在空气中对水滴和油滴的接触角照片；
22.图3为本发明制备的油水分离网膜进行油水分离实验的装置及分离效果照片。
具体实施方式
23.为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例进行详细描述。
24.本发明中，所使用的材料及试剂未有特殊说明的，均可从商业途径得到。
25.本发明提供一种高效油水分离膜的快速制备方法及应用，具体实施例如下。
26.实施例1
27.一种高效油水分离膜的快速制备方法，包括如下步骤：
28.(1)将400目磷铜网分别用丙酮、乙醇、超纯水在超声条件下清洗20min以去除表面的油污，60℃烘干备用；
29.(2)称取0.8g聚偏氟乙烯溶解于10mln，n-二甲基甲酰胺中，室温下磁力搅拌8h，得到溶解均匀的聚偏氟乙烯改性溶液；
30.(3)将磷铜网膜裁剪成5cm*5cm尺寸，针管取1.5ml改性溶液挤出到网膜一侧，用刮板刮涂均匀，将网膜翻面重复刮涂一次(不需要另加改性溶液)，50℃烘干后即得到所述油水分离网膜。
31.本实施例制备的油水分离网膜的表面形貌扫描电镜照片如图1所示，在空气中测量本实施例制备的油水分离网膜对5μl水滴的接触角为166
°
，对二氯甲烷的接触角为0
°
(如图2所示)。
32.采用图3所示的实验装置对本实施例制备的油水分离网膜进行油水分离实验。将上述得到的油水分离网膜固定于装置中，将100ml体积比为1:1的二氯甲烷/水(甲基橙染色)混合溶液倒入上方滤杯中，二氯甲烷快速浸润并通过网膜，而水被阻隔在网膜上方，从而达到油水分离的目的。
33.实施例2
34.一种高效油水分离膜的快速制备方法，包括如下步骤：
35.(1)将500目不锈钢网分别用丙酮、乙醇、超纯水在超声条件下清洗20min以去除表面的油污，60℃烘干备用；
36.(2)称取0.6g聚偏氟乙烯、0.32g聚偏氟乙烯共聚六氟丙烯溶解于6mln，n-二甲基甲酰胺和4ml丙酮的混合液中，室温下磁力搅拌8h，得到溶解均匀的聚偏氟乙烯和聚偏氟乙烯共聚六氟丙烯改性溶液；
37.(3)将不锈钢网膜裁剪成5cm*5cm尺寸，针管取1ml改性溶液挤出到网膜一侧，用刮板刮涂均匀，将网膜翻面重复刮涂一次(不需要另加改性溶液)，60℃烘干后即得到所述油水分离网膜。
38.在空气中测量本实施例制备的油水分离网膜对5μl水滴的接触角为151
°
，对氯仿的接触角为0
°
。
39.采用图3所示的实验装置对本实施例制备的油水分离网膜进行油水分离实验。将上述得到的油水分离网膜固定于装置中，将100ml体积比为1:1的氯仿/水(甲基橙染色)混合溶液倒入上方滤杯中，氯仿快速浸润并通过网膜，而水被阻隔在网膜上方，从而达到油水分离的目的。
40.实施例3
41.一种高效油水分离膜的快速制备方法，包括如下步骤：
42.(1)将450目尼龙网分别用丙酮、乙醇、超纯水在超声条件下清洗20min以去除表面的油污，60℃烘干备用；
43.(2)称取0.72g聚偏氟乙烯共聚六氟丙烯溶解于10ml n，n-二甲基甲酰胺中，室温下磁力搅拌8h，得到溶解均匀的聚偏氟乙烯共聚六氟丙烯改性溶液；
44.(3)将尼龙网膜裁剪成5cm*5cm尺寸，取1.2ml改性溶液挤出到网膜一侧，用毛刷刷涂均匀，将网膜翻面重复刷涂一次(不需要另加改性溶液)，50℃烘干后即得到所述油水分离网膜。
45.在空气中测量本实施例制备的油水分离网膜对5μl水滴的接触角为153
°
，对三氯甲烷的接触角为0
°
。
46.采用图3所示的实验装置对本实施例制备的油水分离网膜进行油水分离实验。将上述得到的油水分离网膜固定于装置中，将100ml体积比为1:1的三氯甲烷/水(甲基橙染色)混合溶液倒入上方滤杯中，三氯甲烷快速浸润并通过网膜，而水被阻隔在网膜上方，从而达到油水分离的目的。
47.实施例4
48.一种高效油水分离膜的快速制备方法，包括如下步骤：
49.(1)将200目聚丙烯网分别用丙酮、乙醇、超纯水在超声条件下清洗20min以去除表面的油污，60℃烘干备用；
50.(2)称取0.2g聚乙烯溶解于10mln-甲基吡咯烷酮中，室温下磁力搅拌6h，得到溶解均匀的聚乙烯改性溶液；
51.(3)将聚丙烯网膜裁剪成5cm*5cm尺寸，取5ml改性溶液，然后将聚丙烯网膜浸没在聚乙烯溶液中1min，取出并130℃烘干后即得到所述油水分离网膜。
52.在空气中测量本实施例制备的油水分离网膜对5μl水滴的接触角156
°
，对二氯乙烷的接触角0
°
。
53.实施例5
54.一种高效油水分离膜的快速制备方法，包括如下步骤：
55.(1)将1200目黄铜网分别用丙酮、乙醇、超纯水在超声条件下清洗20min以去除表面的油污，60℃烘干备用；
56.(2)称取2.25g聚四氟乙烯和3g聚苯乙烯溶解于10ml丙酮中，室温下磁力搅拌7h，得到溶解均匀的聚四氟乙烯和聚苯乙烯混合改性溶液；
57.(3)将黄铜网膜裁剪成5cm*5cm尺寸，取改性溶液装入喷枪，对悬挂网膜进行两面均匀喷涂，每片网膜消耗改性溶液量为1.3ml，80℃烘干后即得到所述油水分离网膜。
58.在空气中测量本实施例制备的油水分离网膜对5μl水滴的接触角164
°
，对二氯乙烷的接触角0
°
。
59.为进一步说明本技术的有益效果，因篇幅有限，仅以实施例1为例构建对比例如下。
60.对比例1
61.本对比例中，将处理过的400目磷铜网替换为滤纸，其余条件与实施例1相同。
62.在空气中测量本实施例制备的油水分离网膜对5μl水滴的接触角92
°
，对氯仿的接触角0
°
。
63.采用图3所示的实验装置对本实施例制备的油水分离网膜进行油水分离实验。将上述得到的油水分离网膜固定于装置中，将100ml体积比为1:1的三氯甲烷/水(甲基橙染色)混合溶液倒入上方滤杯中，三氯甲烷能够浸润并通过网膜，但是有部分的水也能够通过网膜，剩余的水被阻隔在网膜上方，油水分离效果较差。
64.对比例2
65.一种油水分离膜的制备方法，包括如下步骤：
66.(1)将400目磷铜网分别用丙酮、乙醇、超纯水在超声条件下清洗20min以去除表面的油污，60℃烘干备用；
67.(2)称取0.8g聚偏氟乙烯、1.5份二氧化硅(10-50微米)加入至10mln，n-二甲基甲酰胺中，室温下磁力搅拌8h，得到改性液体；
68.(3)将上述改性液体均匀刮涂到步骤(1)处理过的磷铜网上，50℃烘干后即可。
69.在空气中测量本实施例制备的油水分离网膜对5μl水滴的接触角112
°
，对氯仿的接触角0
°
。
70.采用图3所示的实验装置对本实施例制备的油水分离网膜进行油水分离实验。将
上述得到的油水分离网膜固定于装置中，将100ml体积比为1:1的三氯甲烷/水(甲基橙染色)混合溶液倒入上方滤杯中，三氯甲烷仅能够较缓慢的通过网膜，水被阻隔在网膜上方，虽然能够达到油水分离的目的，但是分离速度较慢。
71.综上可知，本发明制备的油水分离网膜通过在固体网膜表面包覆疏水性聚合物改性材料得到，由于表面粗糙结构的构筑及低表面能物质的包覆，使其具备优良的疏水亲油性能，可应用于油水混合物分离。
72.以上所述是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，作出若干改进和润饰也应视为本发明的保护范围。