一种具有自净功能的油水分离网膜及其制备方法

文档序号:9736964阅读:766来源:国知局
一种具有自净功能的油水分离网膜及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有自净功能的油水分离网膜及其制备方法,属于有机无机复合功能材料技术领域。
【背景技术】
[0002]含油污水来源广泛,如石油开采、原油泄漏、船舶压舱水,以及化工、钢铁、食品、纺织、机械加工等行业均会向环境中排放大量的含油污水。含油污水既污染环境,又破坏生态平衡,危害人类健康,因此对含油污水进行有效地处理意义重大。在含油污水处理中,油水分离有利于水的净化,同时通过油水分离,去除成品油中的水分等杂质对提高油品质量具有重要意义。
[0003]利用网膜的疏水或亲水性,使油或水选择性通过网膜,是实现油水分离的重要途径之一。通常有两种类型油水分离膜:一种是疏水亲油膜,可选择性地使油通过,另一种是亲水疏油膜,可选择性地使水通过。中国专利申请CN1387932A、CN1721030A、CN101518695A和CN101708384A中分别公开了具有超疏水超亲油功能的油水分离网膜,可实现油水分离,但也存在不足,如制备工艺复杂,有的使用了含氟化合物,有的需要高温固化等,而且在使用过程中网膜很容易因油堵塞而失去油水分离功能。相比之下,超亲水超疏油膜因其本身就具备水下拒油功能而更显优势,而且这种网膜具有自净功能。中国专利申请CN104874295A、CN10716676A、CN103157299A 和 CN104549172A 中分别公开了具有超亲水和水下超疏油功能的油水分离网膜,其油水分离功能主要通过壳聚糖在网膜上的交联得以实现。然而,经检索利用两性聚合物对金属网膜表面进行修饰,通过两性聚合物的超亲水和水下超疏油性实现油水分离,并具备自净功能的专利和文献尚未见报道。

【发明内容】

[0004]针对现有技术的不足,本发明的目的是提供一种具有自净功能的油水分离网膜及其制备方法。
[0005]本发明所述的具有自净功能的油水分离网膜,是以不锈钢网、铝合金网或铜网为基底,在网表面及网孔的表面化学接枝含两性基团的(甲基)丙烯酸酯类聚合物制得,其特征在于:所述具有自净功能的油水分离网膜由100?400目的不锈钢网、铝合金网或铜网和化学接枝于其表面的两性单体(甲基)丙烯酸磺酸甜菜碱、(甲基)丙烯酸酯羧基甜菜碱或(甲基)丙烯酸酯磷酸胆碱,或其两种或三种单体任意摩尔比的混合物所形成的聚合物刷构成;其中所述网膜的厚度为0.50?2.50mm,其长和宽根据需要任意设定,所述网膜在空气中与水的接触角小于5°,在水下与正己烷的接触角为160°?165°。
[0006]其中:上述具有自净功能的油水分离网膜优选由100?400目的不锈钢网、铝合金网或铜网和化学接枝于其表面的2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱、2-甲基丙烯酰氧乙基磺酸甜菜碱或2-甲基丙烯酰氧乙基羧基甜菜碱,或2-甲基丙烯酰氧乙基羧基甜菜碱与2-甲基丙烯酰氧乙基磺酸甜菜碱按摩尔比1:1的混合物,或2-甲基丙烯酰氧乙基羧基甜菜碱:2_甲基丙烯酰氧乙基磺酸甜菜碱:2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱按摩尔比1: 1: 2的混合物所形成的聚合物刷构成。
[0007]其中:上述具有自净功能的油水分离网膜最优选由200目的不锈钢网、铝合金网或铜网和化学接枝于其表面的2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱、2-甲基丙烯酰氧乙基磺酸甜菜碱或2-甲基丙烯酰氧乙基羧基甜菜碱所形成的聚合物刷构成。
[0008]本发明所述具有自净功能的油水分离网膜的制备方法,步骤是:
[0009](I)将厚度为0.50?2.50_,其长和宽依需要任意设定的100?400目的不锈钢网、铝合金网或铜网浸入由98% (质量比)浓硫酸与30% (体积比)双氧水按体积比为3:1配成的Piranha溶液中,然后缓慢加热至溶液无气泡溢出,冷却后,取出网膜在去离子水中浸泡2h以上,置氮气流下干燥备用;
[0010](2)将步骤(I)制得的网膜浸入冰水混合物预冷却的含有2-溴异丁酰溴、三乙胺的二氯甲烷溶液中,搅拌反应2?3h,再置室温下继续反应12h以上,然后取出网膜在去离子水中洗净,置氮气流下干燥备用;其中,所述二氯甲烷溶液中的2-溴异丁酰溴与三乙胺的摩尔比为1:2;
[0011](3)将步骤(2)制得的网膜浸入含有甲醇、两性单体、2,2’_联吡啶、CuBr的混合溶液中,在液氮中冷却,经过冷冻-抽真空-融化3个循环过程,最后充入氮气,在30°C水浴中搅拌反应4?10h,取出网膜分别在乙醇和去离子水中洗净,置氮气流下干燥,即获得具有自净功能的油水分离网膜;其中,所述两性单体是(甲基)丙烯酸磺酸甜菜碱、(甲基)丙烯酸酯羧基甜菜碱或(甲基)丙烯酸酯磷酸胆碱,或其两种或三种单体任意摩尔比的混合物;所述混合溶液中的甲醇、两性单体、2,2’_联吡啶、CuBr的摩尔比为400?2000:40?100:2?3:1。
[0012]上述具有自净功能的油水分离网膜的制备方法中:所述两性单体优选是2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱、2-甲基丙烯酰氧乙基磺酸甜菜碱或2-甲基丙烯酰氧乙基羧基甜菜碱,或2-甲基丙烯酰氧乙基羧基甜菜碱与2-甲基丙烯酰氧乙基磺酸甜菜碱按摩尔比1:1的混合物,或2-甲基丙烯酰氧乙基羧基甜菜碱:2_甲基丙烯酰氧乙基磺酸甜菜碱:2_甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱按摩尔比1:1: 2的混合物。
[0013]上述具有自净功能的油水分离网膜的制备方法中:所述混合溶液中的甲醇、两性单体、2,2’_联吡啶、CuBr的摩尔比优选为800?1500:40?70:2?3:1。
[0014]本发明公开了一种具有自净功能的油水分离网膜及其制备方法,是将两性聚合物接枝于金属网膜表面,利用其超亲水和水下超疏油性能,实现油水分离和网膜自净功能,本发明的油水分离网膜明显减少了油堵塞现象,提高了分离效率。
[0015]综上,利用两性聚合物对金属网膜表面进行修饰,具有良好的油水分离效果,并具有良好的自净功能。这主要源于聚合物中两性基团的水化作用,两性离子通过两充电单元与水之间的离子-偶极作用与水分子高度结合,在两性聚合物/水界面形成有序和紧固的界面水层,这是两性聚合物具有水下超疏油功能的根本原因。本发明提供的网膜可作为油水分离材料的升级换代产品,有望产生良好的社会效益和经济价值。
【具体实施方式】
[0016]为易于进一步理解本发明,下列实施例将对本发明作进一步阐述。这些实施例具有一定的代表性,但不能囊括所有实例,仅用于更加清楚地说明本发明,而不用于限制本发明的范围。
[0017]实施例1
[0018](I)将厚度为0.50?1.50mm,其长和宽依需要任意设定的200目的不锈钢网膜浸入Piranha溶液中(98%浓硫酸与30%双氧水体积比为3:1 ),缓慢加热至溶液无气泡溢出。冷却后,取出网膜在去离子水中浸泡,氮气流下干燥备用;
[0019](2)将(I)得到的网膜浸入冰水混合物预冷却的含2-溴异丁酰溴(0.4mmol)、三乙胺(0.8mmol)的20mL二氯甲烷溶液中,搅拌反应2h后,室温继续反应过夜,取出网膜在去离子水中洗净,氮气流下干燥备用;
[0020](3)将(2)得到的网膜浸入含甲醇(1mL)、2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱(12mmoI)、2,2 ’ -联R比啶(0.6mmoI)、CuBr (0.2mmoI)的混合溶液中,在液氮中冷却。经过冷冻-抽真空-融化3个循环过程,最后充入氮气,在30°C水浴中电磁搅拌反应5h。取出网膜分别在乙醇和去离子水中洗净,氮气流下干燥,即获得具有自净功能的油水分离网膜。
[0021]该网膜在空气中与水的接触角小于5°,在水下与正己烷的接触角为165°,对油水混合物可实现快速高效分离,表面无残存油污,具有良好的自净效果。
[0022]实施例2
[0023](I)将厚度为0.1?1.50mm,其长和宽依需要任意设定的200目的不锈钢网膜浸入Piranha溶液中(98%浓硫酸与30%双氧水体积比为3:1),缓慢加热至无气泡溢出。冷却后,取出网膜在去离子水中浸泡,氮气流下干燥备用;
[0024](2)将(I)得到的网膜浸入冰水混合物预冷却的含2-溴异丁酰溴(0.4mmol)、三乙胺(0.8mmol)的20mL二氯甲烷溶液中,搅拌反应2h后,室温继续反应过夜,取出网膜在去离子水中洗净,氮气流下干燥备用;
[0025](3)将(2)得到的网膜浸入含甲醇(1mL)、2_甲基丙烯酰氧乙基磺酸甜菜碱(12mmoI)、2,2 ’ -联R比啶(0.6mmoI)、CuBr (0.2mmoI)的混合溶液中,在液氮中冷却。经过冷冻-抽真空-融化法3个循环过程,最后充入氮气,在30°C水浴中电磁搅拌反应5h。取出网膜分别在乙醇和去离子水中洗净,氮气流下干燥,即获得具有自净功能的油水分离网膜。
[0026]该网膜在空气中与水的接触角小于5°,在水下与正己烷的接触角为162°,对油水混合物可实现快速高效分离,表面无残存油污,具有良好的自净效果。
[0027]实施例3
[0028](I)将厚度为1.5?2.0mm,其长和宽依需要任意设定的200目的不锈钢网膜浸入Piranha溶液中(98%浓硫酸与30%双氧水体积比为3:1),缓慢加热至无气泡溢出。冷却后,取出网膜在去离子水中浸泡,氮气流下干燥备用;
[0029](2)将(I)得到的网膜浸入冰水混合物预冷却的含2-溴异丁酰溴(0.4mmol)、三乙胺(0.8mmol)的20mL二氯甲烷溶液中,搅拌反应2h后,室温继续反应过夜,取出网膜在去离子水中洗净,氮气流下干燥备用;
[0030](3)将(2)得到的网膜浸入含甲醇(1mL)、2_甲基丙烯酰氧乙基羧基甜菜碱(12mmoI)、2,2 ’ -联R比啶(0.6mmoI)、CuBr (0.2mmoI)的混合溶液中,在液氮中冷却。经过冷冻-抽真空-融化法3个循环过程,最后充入氮气,在30°C水浴中电磁搅拌反应5h。取出网膜
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