一种快速油水分离材料及其制备方法与应用与流程

本发明属于功能材料技术领域，具体涉及到一种快速油水分离材料及其制备方法与应用。

背景技术：

水和油是人们赖以生存的宝贵资源，然而大量的油排入水中从而形成油水乳液，不仅造成水资源的污染同时造成宝贵的油资源浪费。不锈钢网是一种易得、廉价、稳定性好、多孔等，使其在日常生活中有着广泛地应用。但是，由于其没有很好的疏水亲油性能，不能对油水混合物进行选择性分离，因此，限制了其在污水处理及分离的应用。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种快速油水分离材料及其制备方法，通过表面改性将功能性的小分子、聚合物修饰到材料表面，从而制备出多功能性的复合材料，能有效的分离油水乳液，从而达到油水分离的目的。

为了达到上述目的，本发明具体技术方案如下：

一种快速油水分离材料的制备方法，包括以下步骤，将网状材料置入单体溶液中，在引发剂的存在下，进行反应，制备快速油水分离材料。

上述技术方案中，所述单体为二乙烯基苯或者甲基丙烯酸2-（二甲胺基）乙酯。本发明通过反应在网状材料表面修饰功能聚合物，创造性的制备出具有乳液分离功能的复合材料，对乳液分离效率高，分离速度快，可重复使用性好，可再重复性好，最主要的是产品可工业化生产，以达到治理水污染的目的。

上述技术方案中，所述网状材料为不锈钢网，其力学性能好、孔稳定性好，但是不易在表面修饰聚合物功能体，本发明先用有机溶剂清洗网状材料，然后进行酸化，再进行硅烷化，得到改性网状材料，再置入单体溶液中，从而在网表面覆盖一层聚合物，两相界面结合稳定，10次循环后还保持很好的分离效率和流量，基本保持不变，有较好的可重复使用性。

上述技术方案中，所述引发剂为偶氮二异丁腈，不仅能够有效引发单体聚合，而且保持聚合均匀性，避免聚合物在网表面分布不均匀，从本发明实施例看，在本发明引发剂引发下，得到的网表面覆盖一层聚合物，而且分别十分均匀，利于分离效率以及循环效率的保持提升。

上述技术方案中，当单体为二乙烯基苯时，反应温度为50-70℃，时间为8-15小时；当单体为甲基丙烯酸2-（二甲胺基）乙酯时，反应温度为60-80℃，时间为15-30小时；针对不同的单体采用不同的聚合温度和时间，能更好的控制在不锈钢网上的聚合物的量以及聚合物的均匀度，以达到更好的分离效果。

上述技术方案中，当单体为二乙烯基苯时，单体与引发剂的质量比为400∶1-5；当单体为甲基丙烯酸2-（二甲胺基）乙酯时，单体与引发剂的质量比为40∶0.5-2；通过调节单体与引发剂的比例，可以更好的在不锈钢网上聚合，以避免单体自聚。同时也可以控制在网上的聚合物的量。

上述技术方案中，反应完成后，网状材料经过有机溶剂清洗后，进行真空干燥得到快速油水分离材料。

本发明将疏水性的聚二乙烯基苯和具有破乳作用的聚甲基丙烯酸2-（二甲胺基）乙酯通过简单的表面聚合的方法，修饰到不锈钢网表面，制备出分离油水乳液的分离材料，实现其在污水处理和乳液分离方面得到广泛地应用。

因此，本发明还公开了上述快速油水分离材料在污水处理中的应用；以及在乳液分离中的应用。

本发明的优点：

1、本发明公开的快速油水分离材料的制备方法中，采用的原料都是成本低廉，容易得到的，合成路线简单，整个过程没有用到精密昂贵的仪器，利用非常简单的方法制备出了分离效率、循环效率超高的产品。

2、 本发明公开的快速油水分离材料中，聚二乙烯基苯是一种超疏水超亲油的聚合物，而聚甲基丙烯酸2-（二甲胺基）乙酯能有效的破坏油水乳液的稳定性，因此制备的修饰不锈钢网可以有效地分离油水乳液，同时由于这些聚合物具有高稳定性，良好的重复使用性等，使其在能源，环境保护方面具有很好的应用前景。

3、本发明以不锈钢网为载体，以疏水的聚二乙烯基苯和破乳的聚甲基丙烯酸2-（二甲氨基）乙酯作为表面修饰剂，结合两者各自的性能，制备出具有乳液分离功能的复合材料，对乳液分离效率高，分离速度快，可重复使用性好，可再重复性好，最主要的是产品可工业化生产，以达到治理水污染的目的。

附图说明

图1为现有不锈钢网的扫描电镜图；

图2为聚二乙烯基苯修饰后的不锈钢网SEM图；

图3为聚甲基丙烯酸2-（二甲氨基）乙酯修饰的不锈钢网SEM图；

图4为聚二乙烯基苯修饰后的不锈钢网的湿润性的效果图；

图5为修饰后不锈钢网的乳液分离效果图；

图6为修饰后不锈钢网分离效率与流量图；

图7为修饰后不锈钢网循环分离效率与流量图。

具体实施方式

实施例一

聚二乙烯基苯修饰的不锈钢网（PDVB@SSM）的制备，具体步骤如下：

用乙醇，丙酮分别清洗不锈钢网去除表面杂质，然后将清洗过的不锈钢网放入盐酸中对其进行酸化，然后放入含0.8g乙烯基三氯硅烷的甲苯溶液，在室温下放置12个小时对其进行硅烷化，取出用甲苯清洗三次，在真空干燥箱烘干待用。将乙烯基三氯硅烷修饰的不锈钢网放入三颈烧瓶中，然后将30mL的N,N-二甲基甲酰胺溶液倒入三颈烧瓶，再加入0.8g二乙烯基苯，在室温下搅拌两个小时，混合溶液通过鼓泡法去氧，最后通过注射加入0.006g偶氮二异丁腈（溶解在N,N-二甲基甲酰胺中），接着混合溶液在60℃的油浴锅中搅拌12小时。取出不锈钢网用大量甲苯冲洗，在真空干燥箱中干燥30分钟，得到PDVB修饰的不锈钢网。

图1为现有不锈钢网的SEM图，图2为上述PDVB修饰的不锈钢网SEM图，通过该图可以看出在网表面覆盖一层PDVB聚合物。

实施例二

聚二乙烯基苯修饰的不锈钢网（PDVB@SSM）的制备，具体步骤如下：

用乙醇，丙酮分别清洗不锈钢网去除表面杂质，然后将清洗过的不锈钢网放入盐酸中对其进行酸化，然后放入含0.5g乙烯基三氯硅烷的甲苯溶液，在室温下放置15个小时对其进行硅烷化，取出用甲苯清洗三次，在真空干燥箱烘干待用。将乙烯基三氯硅烷修饰的不锈钢网放入三颈烧瓶中，然后将50mL的N,N-二甲基甲酰胺溶液倒入三颈烧瓶，再加入1.0g二乙烯基苯，在室温下搅拌两个小时，混合溶液通过鼓泡法去氧，最后通过注射加入0.002g偶氮二异丁腈（溶解在N,N-二甲基甲酰胺中），接着混合溶液在50℃的油浴锅中搅拌15小时。取出不锈钢网用大量甲苯冲洗，在真空干燥箱中干燥60分钟，得到PDVB修饰的不锈钢网。

实施例三

聚甲基丙烯酸2-（二甲氨基）乙酯修饰的不锈钢网（PDMAEMA@SSM）的制备，具体步骤如下：

将乙烯基三氯硅烷修饰的不锈钢网放入三颈烧瓶中，然后加入30mL四氢呋喃，再加入4g甲基丙烯酸2-（二甲氨基）乙酯DMAEMA，然后对溶液进行去氧通过鼓泡法为30分钟，最后通过注射将0.1g偶氮二异丁腈（溶解在5mL四氢呋喃中）加入三颈烧瓶中，于68℃下在油浴锅中搅拌24小时，取出不锈钢网用大量四氢呋喃冲洗不锈钢网，最后将网放入真空干燥箱中于120℃下干燥1小时，得到PDMAEMA修饰的不锈钢网。

附图3为PDMAEMA修饰的不锈钢网SEM图，通过该图可以看在网表面成功的修饰上了PDMAEMA。

实施例四

聚甲基丙烯酸2-（二甲氨基）乙酯修饰的不锈钢网（PDMAEMA@SSM）的制备，具体步骤如下：

将乙烯基三氯硅烷修饰的不锈钢网放入三颈烧瓶中，然后加入30mL四氢呋喃，再加入5g甲基丙烯酸2-（二甲氨基）乙酯DMAEMA，然后对溶液进行去氧通过鼓泡法为60分钟，最后通过注射将0.05g偶氮二异丁腈（溶解在5mL四氢呋喃中）加入三颈烧瓶中，于80℃下在油浴锅中搅拌15小时，取出不锈钢网用大量四氢呋喃冲洗不锈钢网，最后将网放入真空干燥箱中于150℃下干燥1小时，得到PDMAEMA修饰的不锈钢网。

实施例五 修饰后的不锈钢网的湿润性行为

附图3为PDVB修饰前后的不锈钢网对水的湿润性行为，通过对比可以看出，修饰前水很容易浸湿不锈钢网并且有水滴粘附在网上，而修饰后的不锈钢网水迅速从网上滚下且不能浸湿网，其中插图为水的接触角，修饰后（a）的不锈钢网，水滴在其表面形成圆球形，说明其良好的疏水性，其接触较为151^o，而未修饰的不锈钢网（b），水滴在其表面不成球形，进一步说明PDVB修饰后的不锈钢网具有超疏水性。

实施例六

乳液分离测试，具体步骤如下：

将5mL水加入到45mL甲苯中，然后再加入2.5mg十二烷基磺酸钠用超声分散12个小时，然后进行乳液分离测试。

取PDMAEMA和PDVB修饰后的不锈钢网装入玻璃器中，然后倒入50mL油水乳液，附图5为油水乳液分离步骤以及效果图，从图上可以看出，将乳白色的油水乳液倒入夹有修饰后的双层不锈钢网的玻璃器后，澄清的甲苯流入烧杯中，说明其具有良好的乳液分离效果。

实施例七

PDVB和PDMAEMA修饰后的不锈钢网的分离效率和流量的测试。具体步骤如下：

用制备好的双层不锈钢网分离制备好的各种油水乳液，然后用微量水分检测仪测量滤液中水的含量，通过对各种乳液的滤液测量，不同的油水乳液分离效率都超过99.8%。对各种乳液分离流量的测定，使用以下等式计算修饰后的双层不锈钢网的通量：

Flux = V / At

其中V是体积的渗透，A是SSM的有效过滤表面（cm²），t是有效时间。 对于每个试验，将一定量的水/油混合液和乳液倒入过滤器和一些样品中以获得平均值。

附图6为对不同的油水乳液的分离效率和流量，从图中可以看出对不同的乳液都有着较高的分离效率和流量。

附图7为可再循环性的测试，从图中可以看出10次循环后还保持很好的分离效率和流量，几本保持不变，说明有较好的可重复使用性。

实施例八

PDVB和PDMAEMA修饰后的双层不锈钢网的分离效率和流量的测试。采用实施例五的步骤，对不同的油水乳液的分离效率都超过99.8%，流量超过1000；10次循环后还保持很好的分离效率和流量，几本保持不变，说明有较好的可重复使用性。

通过以上分析，本发明通过表面修饰法成功的将不锈钢网功能化，使其具有分离乳液的功能，且修饰后的不锈钢网具有分离速度快，效率高，可循环性好等优点，更重要的是这种制备方法简单，原料便宜。因此，在污水处理和乳液分离方面有着很好的应用前景。