一种无机物涂层油水分离网的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及油水分离的技术领域，具体涉及一种不经表面改性制备油水分离网的方法。
【背景技术】
[0002]超疏水性能是指物体表面对水接触角大于150°。荷叶出淤泥而不染的自清洁性能、蛾翅膀表面的自清洁性能、水黾的腿在水面上自由行走而不下沉、鱼体表面在油污污染的水中保持自身清洁等一系列自然界中的现象引起了许多学者的极大关注。Barthlott等人证实[W.Barthlott, et al.Planta, 1997, 202:1.]，自然表面的超疏水性是他们的双尺度结构(微纳结构)的协同效应以及相关材料的低表面自由能组合的结果。这种特殊润湿性能相关的“自清洁”能力制备出的超疏水性涂料在防污[D.ffeibel, et al.J.Phys.Chem.C，2010，114，13219.]、防水、防腐蚀[D.ffeibel, et al.J.Phys.Chem.C，2010，114，13219.]、流体减阻、油水分离[R.M.Jisr, et al.Angew.Chem., Int.Ed., 2005, 44:782.]、生物医用[Μ.T.Khorasani, et al.Appl.Polym.Sc1.，2004，91:2042.]等领域有着广阔的应用前景，越来越受到人们的广泛关注。石油工业和冶金工业的发展，这两种工业所产生的废水也逐年增加，油水分离作为废水处理的一种高效方法，有着巨大的工业应用。
[0003]随着科技的发展，科学家对于油水分离膜、油水分离网的制备及生产有了更深刻的认识，然而也有明显的缺点。如CN103961905A、CN1721030A中虽然具有油水分离的效果，但采用了昂贵的低表面能物质对金属网、织物等进行改性修饰，且工艺复杂，制备要求严苛，耗费人力、物力、财力。
【发明内容】
[0004]本发明针对当前油水分离网膜制备中存在的问题及使用环境的限制，提供一种用于油水分离的网及其制备方法，制备过程中采用无机物为原料，无需对网状材料本身进行改性修饰，利用不同胶黏剂，如:环氧树脂(EP)、丁苯橡胶(SEBS)、脲醛树脂(UF)、聚氨酯(I3U)、聚醋酸乙烯酯(PVAc)或聚乙烯醇(PVA)等，将超疏水-超亲油涂料直接粘结于尼龙网、不锈钢铁网、PVC网、玻璃纤维网、铝合金丝网、涤纶网等网状材料之上，用于强酸、强碱、高腐蚀性液体等复杂环境下进行快速油水分离工作；
[0005]该发明选用无机物材料，制备具有微观纳米结构凹槽及孔洞的粗糙表面，该表面具有微米尺度与纳米尺度的双尺度复合结构，当水滴与粗糙表面接触时，凹槽及孔洞中的空气与多面体共同决定了该网状材料的浸润性，由于表面张力的作用液滴无法渗入到粗糙结构的内部，而是架在微纳结构与空气之上，呈现超疏水现象，与材料本身具有良好的亲油性同时作用，达到了快速、稳定的油水分离效果。
[0006]本发明的技术方案是:
[0007]一种无机物涂层油水分离网的制备方法，包括以下步骤:
[0008]I)微纳复合多面体的制备
[0009]将硅溶胶负压条件(压力为低于大气压0.1MPa,以下步骤及实施案例负压及真空压力同)下注入装有模板的反应器中，浸没模板2h，然后将反应器密封并放入恒温箱中，60°C反应12h，去除模板得到固态块状微纳复合多面体，待所得块状微纳复合多面体干燥后，将其充分研磨至粉末，倒入装有分散液丙酮的反应器中，再在20?50°C下加入低表面能硅烷偶联剂改性，反应12h后得到已改性的微纳复合多面体悬浊液，通过丙酮的挥发或再次添加，使悬浊液中固体质量浓度百分数为0.5%?20% ；
[0010]其中物料配比(质量比)为微纳复合多面体粉末:分散液:硅烷偶联剂=1:10-100:0.1-10.0 ；
[0011]所述步骤I)中模板包括聚丙烯酰胺(PAM)纳米微球、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)纳米微球或聚苯乙烯(PS)纳米微球，其中各模板的制备为公知技术；
[0012]所述的粉末粒径分布范围为100nm-5000nm ;
[0013]所述步骤I)中硅溶胶的制备方法，包括以下步骤:将正硅酸乙酯(TEOS)、无水乙醇(EtOH)、去离子水(H2O)、和浓盐酸(HCl)混合后于60°C下水解反应2h，其物料配比(体积比)为正硅酸乙酯(TEOS):无水乙醇(EtOH):去离子水(H2O):浓盐酸(HCl) = 1:1_5:0.1-0.5:0.05-0.5 ;其中浓盐酸的浓度为37% (质量分数)；
[0014]所述步骤I)中所用硅烷偶联剂为辛基硅烷、全氟辛基三甲氧基硅烷、全氟辛基三乙氧基硅烷、全氟癸基三甲氧基硅烷、全氟癸基三乙氧基硅烷、三氟丙烷三甲氧基硅烷、六甲基二硅氮烷或八甲基环四硅氧烷；
[0015]2)油水分离网的构筑及应用
[0016]将网状材料超声清洗后晾干，浸入胶黏剂溶液后取出，于胶黏剂未完全固化时，将步骤I)中悬浊液采用喷涂法涂覆于网上，待分散液挥发完全且胶黏剂完全固化即构成可用于油水分离的网状材料；
[0017]所述步骤2)中胶黏剂材料为环氧树脂(EP)、丁苯橡胶(SEBS)、脲醛树脂(UF)、聚氨酯(PU)、聚醋酸乙烯酯(PVAc)或聚乙烯醇(PVA);
[0018]所述步骤2)中网状材料为常见尼龙网、不锈钢铁网、PVC网、玻璃纤维网、铝合金丝网或涤纶网；
[0019]所述步骤2)中网状材料孔径范围为30-400目；
[0020]所述步骤2)中油性液体包括原油、汽油、柴油、食用油、苯类有机溶剂、烷烃类有机溶剂或酯类有机溶剂；
[0021]本发明的有益效果在于:
[0022](I)本发明降低了油水分离网膜的使用限制，这是因为该涂层可以粘结在不同的胶黏剂上，如环氧树脂(EP)、丁苯橡胶(SEBS)、脲醛树脂(UF)、聚氨酯(PU)、聚醋酸乙烯酯(PVAc)或聚乙烯醇(PVA)，可以根据使用环境选择不同的网状材料，如常见尼龙网、不锈钢铁网、PVC网、玻璃纤维网、铝合金丝网、涤纶网，通过胶黏剂与网状材料的不同组合，使用范围大大拓宽；
[0023](2)本发明不仅可以分离常见的原油、柴油、汽油及不溶于水的油性液体，而且可以分离与水有一定溶解性的酯类有机油性溶剂，如实例三中正硅酸乙酯(TEOS)与水的分离；
[0024](3)本发明具有快速、稳定的油水分离作用，这是因为在粘结过程中，液态或半固态胶黏剂接触到涂料的纳米结构凹槽与孔洞时，纳米孔道的通透性使得微纳结构多面体部分包埋于胶黏剂中，宏观上具有出优良的粘合效果，如实例一中所采用的油水分离网经10次循环使用仍然具有高效、稳定的油水分离能力；
[0025](4)本发明操作简单、成本低廉，制备过程中无需光刻、电化学沉积等复杂过程构筑超疏水-超亲油油水分离网，就工艺条件而言，本作品制备过程中无需昂贵设备及严苛工艺条件，具有良好的工业发展前景。
【附图说明】
[0026]I)图1为实施例一中油水分离不锈钢网的SEM照片；
[0027]2)图2为实施例一中涂覆后的80目不锈钢网对水的接触角测试图，接触角为155.6° ；
[0028]3)图3为实施例一中分离前未经充分混合的柴油(上层)于水(下层)实物照片;
[0029]4)图4为实施例一中油水分离尼龙网的分离柴油及水的实物效果(烧杯内为柴油)；
[0030]5)图5为实施例一中油水分离不锈钢网的分离柴油及水的实物效果(烧杯内为柴油)；
[0031]6)图6为实施例二中油水分离不锈钢网的分离二氯乙烷及水的实物效果(深色为水)；
【具体实施方式】
[0032]下面结合实施例及附图对本发明做进一步描述；
[0033]其中，模板的制备，根据模板材料的不同，采取以下方法之一:
[0034]方法一:平均粒径范围在300nm-1000nm的聚