基于浸润性差异的有机液体分离网膜制备方法及用图
【技术领域】
[0001] 本发明属于化学化工、功能材料技术领域，特别涉及基于浸润性差异的有机液体 分离网膜制备方法和用途。
【背景技术】
[0002] 有机液体分离是一个与人类日常生活生产紧密相连的课题，涉及到石油化工、纺 织印染、制药、制革、机械加工等众多行业。这些液体混合物如果处理不当，会严重污染环 境、破环生态平衡、危害人类安全。目前，有机液体之间的分离，一般采用蒸馏法或渗透气化 法。这两种方法虽然能达到有效分离的目的，但是都需要投入大型设备，耗时长、成本高。如 何快速高效地分离有机液体，是当前一项亟待解决的任务。
[0003] 中国发明专利 CN103263787B、CN102029079B、CN102961893B 和 CN103316507B 中公 开的油水分离网膜对油和水表现出明显相反的浸润性，即亲水疏油或者疏水亲油。这些网 膜具有的对水和油的截然相反的浸润性，使得水穿透网膜而油被网膜截留，或者油穿透网 膜而水被网膜截留，从而实现了快速得分离油水混合物。遗憾的是，这些油水分离网膜对于 有机液体却表现出相似的浸润性，无法实现有机液体之间的分离。而且绝大多数网膜材料 存在不耐有机溶剂的问题，极大限制了有机液体分离技术的开发和应用。
[0004] 同样，非专利文献 Angew. Chem. Int. Ed. 2004,43,2012 ; Adv. Mater. 2013， 25,2071;Nat. Commun. 2013,4,2276;Angew. Chem. Int. Ed. 2015,54,4527报道的油水 分离网膜也存在类似的问题。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供基于浸润性差异的有机液体分离网膜。
[0006] 本发明的另一目的在于提供一种成本低、速度快、简单便捷的基于浸润性差异的 有机液体分离网膜的制备方法。
[0007] 本发明的再一目的在于提供基于浸润性差异的有机液体分离网膜的用途。
[0008] 本发明通过以下技术方案实现： 一种有机液体分离网膜，包括由多孔网膜所形成的基底，以及采用表面接枝方法在所 述基底上修饰的烷基分子包覆层，其中： 所述的多孔网膜是无机氧化物纤维网膜； 所述烷基分子包覆层是在所述无机氧化物纤维网膜上修饰的一系列不同长度的碳链 分子： 所述的有机液体分离网膜具有微米尺度网孔。
[0009] 本发明的基于浸润性差异的有机液体分离网膜，是以无机氧化物纤维网膜为基 底，通过表面化学反应在无机网膜基底上修饰不同长度的碳链分子，得到对有机液体具有 浸润性差异的网膜。
[0010] 本发明的有机液体分离网膜的浸润性差异取决于网膜表面修饰分子的碳链长度。 不同长度碳链分子修饰的表面具有不同的表面能，因此，有机液体在网膜上表现出不同的 浸润行为，即亲液或疏液。
[0011] 所述的网膜是静电纺丝法制备的无机纤维网膜。
[0012] 所述的表面化学反应是气相法或者溶液法。
[0013] 所述的不同长度碳链分子是带官能团的各种硅烷偶联剂。
[0014] 本发明的有机液体分离网膜具有稳定性好、分离效率高的特点，可以大面积制备 和低成本生产。具有不同碳链长度的硅烷偶联剂，通过气相法或者溶液法，修饰到无机氧化 物纤维网膜上。无机氧化物纤维网膜具有微纳米复合结构，修饰了不同长度碳链分子后，这 种无机氧化物网膜对有机液体具有显著的浸润性差异，表面张力值较低的液体在网膜上表 现出亲液特性，即，在网膜上铺展浸润，能渗透穿过网膜；表面张力值较高的液体在网膜上 表现出疏液特性，即，液体不能浸润网膜，被网膜截留，从而实现分离具有不同表面张力的 有机液体。
[0015] 实验结果表明，柴油具有较低的表面张力值（27. 7达因/厘米)，在本发明的有机 液体分离网膜表面的接触角约为0°，能迅速穿过所述的有机液体分离网膜；而甲酰胺(表 面张力值为58. 4达因/厘米)、二甲基亚砜(表面张力值为42. 1达因/厘米)、N，N-二甲基 甲酰胺(表面张力值为35. 8达因/厘米)等具有较高的表面张力值，在网膜表面的接触角大 于120°，不能通过所述的有机液体分离网膜。如将柴油和甲酰胺混合物倒入夹有本发明所 述的有机液体分离网膜的玻璃装置中时，柴油具有较低的表面张力值（27. 7达因/厘米)， 能快速通过有机液体分离网膜，而甲酰胺具有较高的表面张力值（58. 4达因/厘米)，被有 机液体分离网膜截留，实现混合非均相有机液体分离的目的。该有机液体分离网膜性能稳 定，清洗方便，可重复使用。
[0016] 本发明所述的有机液体分离网膜制备分为： (1) 无机氧化物纤维网膜制备，具体步骤如下： ① 将聚合物溶于有机溶剂中，搅拌，使之完全溶解，得到稳定透明的聚合物溶液；再用 酸溶液调节聚合物溶液的pH值，优选的pH值为3. 0 ;然后加入氧化物溶胶的前驱体，搅拌， 使之形成均匀稳定的氧化物溶胶； ② 采用静电纺丝法，在电场力作用下，将上述步骤（1)中形成的稳定氧化物溶胶静电纺 丝形成纤维网膜； ③ 将步骤②中得到的纤维网膜，50~80°C，保持6~12小时；然后以每分钟5~KTC 的升温速度，升温到500~700°C，保持6~12小时，自然冷却。得到无机氧化物纤维网膜； (2) 在硅钛复合氧化物纤维网膜上，通过化学法表面修饰不同碳链长度的硅烷，得到不 同浸润性的液体分离网膜。具体步骤如下： ① 将硅烷偶联剂滴入无水溶剂中，浓度为〇. 4~0. 9wt%。然后将新制备的无机氧化物 纤维膜浸没到含硅烷偶联剂的无水溶液中，放于密闭容器中，温度为20~60°C，保持12~ 24小时； ② 将无机氧化物纤维网膜从含硅烷偶联剂的无水溶液中取出，用丙酮、乙醇清洗，自然 晾干，得到液体分离网膜。
[0017] 步骤（1)中所述的聚合物为聚醚（P123、F68和F127)、聚乙烯吡咯烷酮（PVP)、聚甲 基丙烯酸甲酯（PMMA)和聚氧乙烯（PEO); 步骤（1)中所述的有机溶剂为甲醇、乙醇及异丙醇； 步骤（1)中所述的酸溶液为盐酸、硫酸、硝酸、醋酸； 步骤（1)中所述的氧化物溶胶前驱体为异丙醇钛、正硅酸四乙酯、钛酸四丁酯、锆酸四 丁酯、异丙醇铝； 步骤（1)中所述的氧化物溶胶为硅钛复合溶胶、硅锆复合溶胶、硅铝复合溶胶； 步骤（2)中所述的硅烷偶联剂为碳链长度Ci~C 18的氯硅烷偶联剂、甲氧基硅烷偶联 剂、乙氧基硅烷偶联剂； 步骤（2)中所述的无水溶剂为乙醇、苯、甲苯、二甲苯。
[0018] 本发明的基于浸润性差异的有机液体分离网膜可用于有机液体之间的分离。
[0019] 本发明的有机液体分离网膜制备方法简单、原料易得、成本低廉、应用广泛。本发 明的有机液体分离网膜分离速度快、分离效果好，对甲酰胺、N，N-二甲基甲酰胺、正己烷、 二甲基亚砜、柴油、甲醇、乙二醇、石油醚、氯仿、四氯化碳、汽油、原油、离子液体等均有良好 的分离效果。该有机液体分离网膜性能稳定、易于清洗、可重复使用。
【附图说明】
[0020] 图1.本发明实施例1制备的有机液体分离网膜的表面形貌扫描电镜照片。
[0021] 图2.本发明实施例1的在空气中测量二碘甲烷、甲酰胺、乙二醇和正己烷液滴（3 微升）在有机液体分离网膜表面的浸润行为的形状照片。
[0022] 图3.本发明实施例1制备的有机液体分离网膜用于分离甲酰胺和四氯化碳的实 验装置与实验效果照片。
[0023] 附图中各个标记的含义如下： al.二碘甲烷，a2.甲酰胺，a3.乙