一种金属离子/阿拉伯胶凝胶改性复合膜的制备方法及其用途与流程

本发明属于环境功能材料制备技术领域，涉及一种金属离子/阿拉伯胶凝胶改性复合膜的制备方法及其用途。

背景技术：

自然界中具有许多特殊浸润性的生物体表面，例如水黾腿、飞蛾翅膀、荷叶等等，受这些生物体的启发，近年来，工作人员对物体表面改性进行了大量的研究，并发现，构筑微纳米粗糙结构和低表面能物质修饰两种方法可以材料超疏水的自洁性能，并广泛应用于织物，建筑材料，以及特制玻璃等方面。然而，超疏水材料的应用范围也有一些缺陷，例如，在水中分离少量的油污。因此，研究人员，通过对鱼鳞的水下特殊性能的研究，提出仿生超亲水/水下超疏油表面的概念，即在油/水/固三相体系中，对油的接触角大于150°的固体表面，且滚动角小于10°。超亲水/水下超疏油材料有效的填补了超疏水材料在分离水中少量油污的空缺。

近年来，油污染事件时有发生，针对油污染的治理方法，主要有以下几种：吸附分离法、膜分离法、拦截法、原位燃烧法、吸附法等。针对高密度(密度大于水的密度)油污的移除方法，常用的有吸附法和膜分离法。吸附法，主要以超疏水亲油材料为吸附剂，对水中高密度油污就行吸附分离。而膜分离法主要是以超亲水/水下超疏油的膜材料将水下的油污进行聚集在一起，再进行有效的移除，该方法对于收集水下油污极其有效，备受研究人员的喜爱。然而，多数成本较高、制备过程复杂难以在实际生活中进行应用。因此，发明一种制备方法简单有效的方法制备低成本的超亲水/水下超疏油的膜材料是有必要的。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种金属离子/阿拉伯胶凝胶改性复合膜的制备方法，利用阿拉伯胶的水溶性强，用于制备超亲水/水下超疏油的复合膜材料并应用于环境重油污染的治理，是一种新型的具有巨大应用前景的膜材料。首先将易清洗的不锈钢网、铜网、pvdf膜、普通滤纸浸于一定浓度的氧化石墨烯-阿拉伯胶混合溶液；然后，在金属盐溶液中进行絮凝，即可得到金属离子/阿拉伯胶凝胶改性复合膜；并通过多种表征手段，揭示复合材料的形貌与水下疏油水性能，并进行研究其收集水下重油的性能。

本发明采用的技术方案是：

一种金属离子/阿拉伯胶凝胶改性复合膜的制备方法，按照下述步骤进行：

步骤1、准备基膜备用，所述基膜包括pvdf膜、普通滤纸、已清洗过的不锈钢网或已清洗过的铜网；

步骤2、氧化石墨烯-阿拉伯胶混合溶液的制备：

首先分散一定浓度的氧化石墨烯溶液，再向其中添加一定量的阿拉伯胶并充分分散，得混合溶液，然后将步骤1准备的基膜浸于混合溶液中5-20秒；

步骤3、金属离子/阿拉伯胶凝胶改性复合膜的制备：

将步骤2浸过混合溶液的基膜再浸入金属离子的盐溶液中15-30秒，即可得到金属离子/阿拉伯胶凝胶改性复合膜。

步骤1中，所述不锈钢网、铜网的清洗为：将不锈钢网、铜网浸没于丙酮和乙醇中超声0.5-2小时清洗，烘干。

步骤2中，氧化石墨烯是使用hummers法制备。

步骤2中，混合溶液中，氧化石墨烯的浓度为0.1-20mg·ml^-1。

步骤2中，混合溶液中，阿拉伯胶的浓度为0.05-10mg·ml^-1。

步骤3中，所述金属离子的盐溶液为agⁱ，feⁱⁱⁱ，ceⁱⁱⁱ，zr^iv，coⁱⁱⁱ，niⁱⁱⁱ或sn^iv可溶性盐中的一种或多种。

步骤3中，所述金属离子的盐溶液是0.01-1g·ml^-1。

所制备的金属离子/阿拉伯胶凝胶改性复合膜用于收集水下重油。

本发明的有益效果：

(1)本发明所用亲水修饰剂为天然生物质阿拉伯胶，来源丰富、价格低廉。

(2)制得的金属离子/阿拉伯胶凝胶改性复合膜具有超亲水/水下超疏油、性能稳定等性能。

(3)鉴于该金属离子/阿拉伯胶凝胶改性复合膜的亲水性能，可在油水分离领域广泛使用。

(4)本发明的制备方法简单易行、流程较短、操作易控，适于推广使用。

附图说明

图1为金属离子/阿拉伯胶凝胶改性复合膜(不锈钢网)的扫描电镜图；

图2为金属离子/阿拉伯胶凝胶改性复合膜(不锈钢网)的高倍的扫描电镜图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述：

实施例1：

将不锈钢网浸没丙酮和乙醇中超声清洗1小时，烘干；

并分散5mg·ml^-1的氧化石墨烯溶液，再向其中添加一定量的阿拉伯胶至浓度为5mg·ml^-1，然后将不锈钢网浸于混合溶液中5s；

最后将浸过混合溶液的基膜再浸入0.05g·ml^-1feⁱⁱⁱ离子的盐溶液中15s，即可得到金属离子/阿拉伯胶凝胶改性复合膜，并应用于分离水中高密度的油污。

图1是金属离子/阿拉伯胶凝胶改性复合膜(不锈钢网)的低倍电镜扫描图，可以看出不锈钢表面有一层物质附着，通过放大图(图2)可以清晰的看出，表面形成大量的微纳米结构，即金属离子/阿拉伯胶凝胶。

实施例2：

将铜网浸没丙酮和乙醇中超声清洗2小时，烘干；

并分散5mg·ml^-1的氧化石墨烯溶液，再向其中添加一定量的阿拉伯胶至浓度为5mg·ml^-1，然后将不锈钢网浸于混合溶液中10s；

最后将浸过混合溶液的基膜再浸入0.05g·ml^-1feⁱⁱⁱ离子的盐溶液中20s，即可得到金属离子/阿拉伯胶凝胶改性复合膜，并应用于分离水中高密度的油污。

实施例3：

分散5mg·ml^-1的氧化石墨烯溶液，再向其中添加一定量的阿拉伯胶至浓度为0.1mg·ml^-1，然后将pvdf膜浸于混合溶液中15s；

最后将浸过混合溶液的基膜再浸入0.05g·ml^-1feⁱⁱⁱ金属离子的盐溶液中25s，即可得到金属离子/阿拉伯胶凝胶改性复合膜，并应用于分离水中高密度的油污。

实施例4：

将不锈钢网、铜网浸没丙酮和乙醇中超声清洗0.5小时，烘干；

并分散0.1mg·ml^-1的氧化石墨烯溶液，再向其中添加一定量的阿拉伯胶至浓度为0.05mg·ml^-1，然后将普通滤纸浸于混合溶液中20s；

最后将浸过混合溶液的基膜再浸入0.05g·ml^-1金属离子的盐溶液中30s(包括agⁱ，feⁱⁱⁱ，ceⁱⁱⁱ，zr^iv，coⁱⁱⁱ，niⁱⁱⁱ和sn^iv任意组合的混合溶液)，即可得到金属离子/阿拉伯胶凝胶改性复合膜，并应用于分离水中高密度的油污。

实施例5：

将不锈钢网、铜网浸没丙酮和乙醇中超声清洗2小时，烘干；

并分散20mg·ml^-1的氧化石墨烯溶液，再向其中添加一定量的阿拉伯胶至浓度为10mg·ml^-1，然后将pvdf膜浸于混合溶液中20s；

最后将浸过混合溶液的基膜再浸入1g·ml^-1金属离子的盐溶液中30s(包括agⁱ，feⁱⁱⁱ，ceⁱⁱⁱ，zr^iv，coⁱⁱⁱ，niⁱⁱⁱ和sn^iv任意组合的混合溶液)，即可得到金属离子/阿拉伯胶凝胶改性复合膜，并应用于分离水中高密度的油污。

实施例6：

将不锈钢网浸没丙酮和乙醇中超声清洗1小时，烘干；

并分散5mg·ml^-1的氧化石墨烯溶液，再向其中添加一定量的阿拉伯胶至浓度为5mg·ml^-1，然后将基膜浸于混合溶液中20s；

最后将浸过混合溶液的基膜再浸入0.01g·ml^-1金属离子的盐溶液中30s(包括agⁱ，feⁱⁱⁱ，ceⁱⁱⁱ，zr^iv，coⁱⁱⁱ，niⁱⁱⁱ和sn^iv任意组合的混合溶液)，即可得到金属离子/阿拉伯胶凝胶改性复合膜，并应用于分离水中高密度的油污。