刺激响应的油水分离纳米纤维膜及其制备方法与应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种具有co2刺激响应的油水分离纳米纤维膜及其制备方法与应用， 属于油水分离技术领域。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着含油污水和油田泄漏事故的不断增加，油水分离成为全世界共同面 临的挑战。开发具有特殊浸润性的界面材料将有助于含油污水的处理和回收，推动工业社 会的可持续发展。随着纳米技术、界面化学和高分子科学的发展，对油和水具有特殊润湿性 的"智能"界面材料被不断开发出来，进而用于双向油水分离，即选择性地将油和水从油水 混合物中分离出来。
[0003] 直至目前为止，基于温度、pH等刺激响应聚合物已被成功用于构筑功能界面材料。 文献WangB.;GuoZ.-G.Chem.Commun.，2013, 49, 9416-9418利用pH响应的功能表面，通过 调节溶液体系的酸碱性，实现了pH调控的选择性油水分离。虽然该材料表现出很好的油水 分离效果，但是在实际操作时，通过加酸加碱调节体系PH，不仅会造成盐的积累，还会稀释 溶液，影响体系的循环可逆性。因此，需要利用更加温和的刺激源，开发环境友好性的界面 材料用于调控选择性油水分离。〇) 2来源广泛，环保清洁，是一种"绿色"刺激源，可以调节 聚合物理化性质，用于构筑功能表面，在含油污水的高效处理和缓解环境温室效应等领域 具有重要应用价值。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种具有C02刺激响应的油水分离纳米纤维膜及其制备方法 与应用，本发明利用静电纺丝技术制备的纳米纤维膜，具有〇) 2刺激响应功能，能选择性进 行油水分离；其成本低廉、操作简便、清洁环保，对不同种类的油水混合体系都具有较高的 分离效果。
[0005] 本发明提供的油水分离纳米纤维膜的制备方法，包括如下步骤：1)将无规共聚物 与溶剂混合，得到纺丝溶液；
[0006] 所述无规共聚物为聚甲基丙烯酸甲酯-聚甲基丙烯酸二乙氨基乙酯；
[0007] 所述聚甲基丙烯酸甲酯-聚甲基丙烯酸二乙氨基乙酯的结构如式I所示，式I 中，m:n=x: (l_x)，m为1~5000000的整数，x为0~1，但x不包括0和1 ;
[0008]
【主权项】
1. 一种油水分离纳米纤维膜的制备方法，包括如下步骤：1)将无规共聚物与溶剂混 合，得到纺丝溶液； 所述无规共聚物为聚甲基丙烯酸甲酯-聚甲基丙烯酸二乙氨基乙酯； 所述聚甲基丙烯酸甲酯-聚甲基丙烯酸二乙氨基乙酯的结构如式I所示，式I中，m:n =x: (l_x)，m为1~5000000的整数，x为0~1，但x不包括0和1 ;
2)将所述纺丝溶液静电纺丝得到纳米纤维，所述纳米纤维交织排列，即得到所述纳米 纤维膜。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述溶剂为四氢呋喃、二甲基甲酰胺和二 氯甲烷中至少一种； 所述纺丝溶液的质量百分浓度为5wt%~30wt% ; 步骤1)中，所述混合的温度为20~50°C，所述混合的时间为2~12h; 所述聚甲基丙烯酸甲酯-聚甲基丙烯酸二乙氨基乙酯按照如下方法进行制备，其步骤 如下：将甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸二乙氨基乙酯与引发剂溶于有机溶剂中，除去体系中 氧气，在氮气氛中，反应即得到所述聚甲基丙烯酸甲酯-聚甲基丙烯酸二乙氨基乙酯； 所述聚甲基丙烯酸甲酯-聚甲基丙烯酸二乙氨基乙酯的数均分子量可为100~ 140kDa〇
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述聚甲基丙烯酸甲酯-聚甲基丙烯酸 二乙氨基乙酯的制备中，所述甲基丙烯酸甲酯、所述甲基丙烯酸二乙氨基乙酯与所述引发 剂的摩尔比为10~1000 :1〇~1000 :1 ; 所述有机溶剂为二氧六环、四氢呋喃、二甲基乙酰胺或苯甲醚；所述甲基丙烯酸甲酯在 所述有机溶剂中的质量百分浓度为5wt%~17wt% ; 所述引发剂为偶氮类引发剂或过氧化物类引发剂，所述偶氮类引发剂为偶氮二异丁腈 或偶氮二异庚腈，所述过氧化物类引发剂为过氧化二苯甲酰、过氧化十二酰或过氧化二叔 丁酯； 反应的温度为50~100°C，时间为6~48h。
4. 根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于：步骤2)中，所述静电纺丝采 用带有喷丝头的注射器纺丝； 所述纳米纤维的直径为500~lOOOnm; 所述纳米纤维交织排列的温度为20~45°C，湿度为30%~80%，时间为8~15h; 步骤2)之后还包括干燥的步骤，所述干燥的温度为30~100°C，时间为12~36h，所 述干燥采用烘箱进行。
5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤2)中，所述静电纺丝的条件为：所述 喷丝头与所述注射器的圆筒接收器之间的距离为10~30cm，所述注射器推注速度为0. 2~ 2mLh\电压为7~20kv。
6. 权利要求1-5中任一项所述的方法制备的油水分离纳米纤维膜。
7. 根据权利要求6所述的纳米纤维膜，其特征在于：所述油水分离纳米纤维膜的厚度 为 50 ~150ym。
8. 权利要求6或7所述油水分离纳米纤维膜在油水分离中的应用。
9. 根据权利要求8所述的应用，其特征在于：在油水分离时，油能通过所述油水分离纳 米纤维膜，水被阻挡在其外； 当所述油水分离纳米纤维膜在水中时，向其中通入C02刺激后，则水能通过所述油水分 离纳米纤维膜，油被阻挡在其外； 当〇)2刺激后的所述油水分离纳米纤维膜在水中时，向其中通入\将0)2排出，则所述 油水分离纳米纤维膜恢复为油能通过、水被阻挡在其外。
10. 根据权利要求9所述的应用，其特征在于：每分钟每cm2的所述油水分离纳米纤维 膜通入所述C02的量为1~100mL; 每分钟每cm2的所述油水分离纳米纤维膜通入所述N2的量为1~100mL。
【专利摘要】本发明公开了一种具有CO2刺激响应的油水分离纳米纤维膜及其制备方法与应用。它的制备方法，包括如下步骤：1)将无规共聚物与溶剂混合，得到纺丝溶液；所述无规共聚物为聚甲基丙烯酸甲酯-聚甲基丙烯酸二乙氨基乙酯；2)将所述纺丝溶液静电纺丝得到纳米纤维，所述纳米纤维交织排列，即得到所述纳米纤维膜。本发明油水分离纳米纤维膜应用于油水分离中。本发明利用静电纺丝技术制备的纳米纤维膜，具有CO2刺激响应功能，能选择性进行油水分离；其成本低廉、操作简便、清洁环保，对不同种类的油水混合体系都具有较高的分离效果。
【IPC分类】B01D67-00, B01D71-48, B01D69-02, B01D17-022
【公开号】CN104841293
【申请号】CN201510242944
【发明人】袁金颖, 车海龙, 霍猛, 彭了, 方立城, 刘娜, 冯琳, 危岩
【申请人】清华大学
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年5月13日