一种疏水亲油油水分离材料的制备方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种疏水亲油油水分离材料的制备方法，属于材料表面功能化改性领域。
【背景技术】
[0002]油水分离在实际生活和工业生产中有着非常重要的意义，例如在石油化工、海洋油污、机械制造、餐饮等行业产生的含油废水处理以及发动机燃油净化等领域中都有着重要应用。传统的油水分离技术包括加热油水分离法、吸附净化法、离心分离法等，这些技术或者需要耗费较大的能源，或者需要复杂的设备，或者需要繁杂的后续处理，限制了这些技术的推广和应用。因此，迫切需要开发一种制备过程简单、油水分离率高以及能耗低的方法。
[0003]目前，研发具有油水分离功能的新型疏水材料成为热点，主要是利用所研制材料自身的物理化学性质来实现低能耗甚至无能耗的油水分离，该类材料具有广泛的应用前景并已取得了一些成果。公开号为CN103088227A的专利报道了采用氨水处理泡沫铜表面并吸附硬脂酸来制备表面疏水的油水分离材料的方法，然而该方法只能对价格较高的泡沫铜进行改性，无法对不锈钢等惰性材质表面实现改性，应用范围较窄。而公开号为CN102698471A的专利报道了采用聚乳酸先制备多孔膜再对其进行表面改性从而获得具有疏水性能的可降解油水分离膜，该材料虽然表现出较强的疏水性能，但由于聚合物自身力学性能较差的缘故，导致其承压能力不高，限制了其应用。公开号为CN102953268A的专利报道了采用溶胶-凝胶法在涤纶织物表面接枝疏水性的硅溶胶，该方法制备过程复杂，所需原料正硅酸乙酯价格较高，不利于推广使用。因此亟需开发一种制备过程简单、改性范围广的油水分离材料的制备方法。
[0004]多巴胺是一种具有优异的物理化学吸附性能的成膜材料，其表面丰富的羟基、氨基使其易于改性，目前已广泛应用于材料表面改性的应用研究。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于针对上述问题，提供一种制备设备简单、具有广泛适用性的疏水亲油油水分离材料的制备方法。
[0006]本方法利用多巴胺独特的物理及化学特性，采用简单的化学反应，获得了具有疏水亲油特性的金属多孔材料，并将其应用于油水分离过程。
[0007]—种疏水亲油油水分离材料的制备方法，包括如下步骤:
1)将网格大小为30?500目的金属多孔材料清洗干净后烘干，所述金属多孔材料为不锈钢网、铜网或铝网等金属织物材料或泡沫铜、泡沫镍或泡沫铝等金属泡沫材料；
2)将三羟甲基甲烷溶于水中得到浓度为0.05%?30%的三羟甲基甲烷水溶液，用盐酸调节其pH值至8.0?10.0 ；
3)在步骤2)所得溶液中加入多巴胺并使之溶解得到多巴胺混合溶液； 4)将步骤I)所得金属多孔材料浸泡于步骤3)所述混合溶液中12?48小时，然后取出、洗涤并烘干；
5)将脂肪族酰氯溶于有机溶剂中得到酰氯溶液；
6)将步骤4)所得多孔材料浸泡于步骤5)所得酰氯溶液中12?24小时，然后取出、洗涤并烘干即得油水分离材料。
[0008]步骤3)所述混合溶液中多巴胺的质量百分含量为0.2?20.0%，三羟甲基甲烷的质量百分含量为0.1?5%。
[0009]步骤5)所述酰氯溶液中脂肪族酰氯的质量百分含量为0.1%?30%。
[0010]所述脂肪族酰氯为烷基酰氯，所述烷基酰氯的分子式为CH3(CH2)nCOCl,其中η为11至19的整数。
[0011]本发明与现有技术相比具有以下优点:
(I)本发明可保留原有金属泡沫材料的部分特性，如比表面积、高导电和导热性及机械f生會K.。
[0012](2)本发明制备方法简单，只需简单的浸泡、静置，即可获得所需材料，且无需特殊的反应设备，使其易于推广。
[0013](3)本发明分离效率高、循环使用性能好，分离效率达到98%以上，且超过30次循环使用后分离效果无明显变化。
【附图说明】
[0014]图1为本发明实施例1制备的油水分离材料的表面形貌扫描电镜照片。
[0015]图2为本发明实施例3制备的油水分离材料的表面形貌扫描电镜照片。
[0016]图3为在空气中测量水滴在实施例1制备的油水分离材料表面的形状照片。
[0017]图4为在空气中测量水滴在实施例3制备的油水分离材料表面的形状照片。
【具体实施方式】
[0018]实施例1制备疏水亲油的不锈钢网材料
(1)将尺寸为4cmX 4cm、孔径为100目的不锈钢网在乙醇和丙酮中分别浸泡及超声清洗10分钟，然后放入烘箱中在60°C下烘干，待用；
(2)室温下，在10mL的烧杯中加入50mL水、0.05g三羟甲基氨基甲烷和一定量的盐酸，得到pH值为8.5的缓冲溶液；
(3)称取0.5g多巴胺加入到步骤(2)中所得的缓冲溶液中，得到多巴胺溶液；
(4)将步骤(I)中所得的不锈钢网浸泡于步骤(3)得到的多巴胺溶液中，常温静置24h后，取出用超纯水冲洗干净，放入烘箱中在60°C下烘干，得到改性不锈钢网；
(5)称取0.5g硬脂酰氯溶于50mL甲苯中，配制硬脂酰氯溶液；
(6)将步骤(4)中得到的改性不锈钢网浸泡于步骤(5)中所配制的硬脂酰氯溶液中，在氮气保护下静置12h，取出后分别在乙醇和超纯水中超声清洗10分钟，最后放入50°C烘箱中烘干，得到疏水不锈钢油水分离网。图1为其表面形貌的扫描电镜照片，与原材料电镜照片对比，表面无明显变化，表明多巴胺在材料表面均匀成膜。如图3所示，该材料的接触角为 135°。
[0019]将甲苯和添加了水溶性染料的水倾倒在放置于烧杯上的上述不锈钢油水分离网上，添加了水溶性染料的水流入放置于烧杯下面的表面皿中，而甲苯则进入烧杯中，证实了上述不锈钢油水分离网对于水和油的选择性分离。
[0020]实施例2制备疏水亲油的不锈钢网材料
(1)将尺寸为4cmX 4cm、孔径为300目的不锈钢网在乙醇和丙酮中分别浸泡及超声清洗10分钟，放入烘箱中在60°C下烘干，待用；
(2)室温下，在10mL的烧杯中加入50mL水、0.05g三羟甲基氨基甲烷和一定量的盐酸，配制pH值为8.5的缓冲溶液；
(3)称取0.5g多巴胺加入到步骤(2)中所得的缓冲溶液中，得到多巴胺溶液；
(4)将步骤(I)中所得的不锈钢网浸泡于步骤(3)得到的多巴胺溶液中，常温静置24h后，取出用超纯水冲洗干净，放入烘箱中在60°C下烘干，得到改性不锈钢网；
(5)称取0.6g十六烷酰氯溶于50mL甲苯中，得到十六烷酰氯溶液；
(6)将步骤(4)中得到的改性不锈钢网浸泡于步骤(5)中所得的十六烷酰氯溶液中，在氮气保护下静置12h，然后用乙醇、超纯水分别超声清洗10分钟，再放入50°C烘箱中烘干，得到疏水不锈钢油水分离网。
[0021]实施例3制备疏水亲油的泡沫镍材料
(1)将尺寸为4cmX 4cm、厚度1.5mm、平均孔径500 μ m的泡沫镍分别在乙醇和丙酮中浸泡及超声清洗10分钟，放入烘箱中在60°C下烘干，待用；
(2)室温下，在10mL的烧杯中加入50mL水、0.05g三羟甲基氨基甲烷和一定量的盐酸，配制pH值为8.5的缓冲溶液；
(3)称取1.2g多巴胺加入到步骤(2)中所得的缓冲溶液中，获得多巴胺溶液；
(4)将步骤(I)中所得的泡沫镍浸泡于步骤(3)配制的多巴胺溶液中，常温静置24h后，取出用超纯水冲洗干净，放入烘箱中在60°C下烘干，得到改性泡沫镍；
(5)称取Ig硬脂酰氯溶于50mL甲苯中，得到硬脂酰氯溶液；
(6)将步骤(4)中得到的改性不锈钢网浸泡于步骤(5)中配制的硬脂酰氯溶液中，在氮气保护下静置12h，然后用乙醇、超纯水分别超声清洗10分钟，再放入50°C烘箱中烘干，得到疏水泡沫镍。图2为其表面形貌的扫描电镜照片，与原材料电镜照片对比，表面无明显变化，表明多巴胺在材料表面均匀成膜。如图4所示，该材料的接触角为139°。
[0022]实施例4制备疏水亲油的泡沫镍材料
(1)将尺寸为4cmX 4cm、厚度1.5mm、平均孔径500 μ m的泡沫镍片分别在乙醇和丙酮中浸泡及超声清洗10分钟，放入烘箱中在60°C下烘干，待用；
(2)室温下，在10mL的烧杯中加入50mL水、0.05g三羟甲基氨基甲烷和一定量的盐酸，配制pH值为8.5的缓冲溶液；
(3)称取1.2g多巴胺加入步骤(2)中所配制的缓冲溶液中，得到多巴胺溶液；
(4)将步骤(I)中所得到的泡沫镍浸泡于步骤(3)配制的多巴胺溶液中，常温静置24h后，取出用超纯水冲洗干净，放入烘箱中在60°C下烘干，得到改性泡沫镍；
(5)称取0.Sg十六烷酰氯溶于50mL甲苯中，得到十六烷酰氯溶液；
(6)将步骤(4)中所得的改性泡沫镍浸泡于步骤(5)中所配制的十六烷酰氯溶液中，在氮气保护下静置12h，然后用乙醇、超纯水分别超声清洗10分钟，再放入50°C烘箱中烘干，得到疏水泡沫镍。
【主权项】
1.一种疏水亲油油水分离材料的制备方法，包括如下步骤: 1)将金属多孔材料清洗干净后烘干； 2)将三羟甲基甲烷溶于水中得到浓度为0.05%?30%的三羟甲基甲烷水溶液，用盐酸调节其pH值至8.0?10.0 ； 3)在步骤2)所得溶液中加入多巴胺并使之溶解得到多巴胺混合溶液； 4)将步骤I)所得金属多孔材料浸泡于步骤3)所述混合溶液中，然后取出、洗涤并烘干; 5)将脂肪族酰氯溶于有机溶剂中得到酰氯溶液； 6)将步骤4)所得多孔材料浸泡于步骤5)所得酰氯溶液中，然后取出、洗涤并烘干即得油水分离材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:所述金属多孔材料为金属织物材料或金属泡沫材料。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于:所述金属织物材料为不锈钢网、铜网或铝网；所述金属泡沫材料为泡沫铜、泡沫镍或泡沫铝。4.根据权利要求1、2或3所述的制备方法，其特征在于:所述金属多孔材料的网格大小为30?500目。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:步骤3)所述混合溶液中多巴胺的质量百分含量为0.2?20.0%，三羟甲基甲烷的质量百分含量为0.1?5%。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:步骤5)所述酰氯溶液中脂肪族酰氯的质量百分含量为0.1%?30%。7.根据权利要求1或6所述的制备方法，其特征在于:所述脂肪族酰氯为烷基酰氯。8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于:所述烷基酰氯的分子式为CH3(CH2)nCOCl，其中η为11至19的整数。9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:步骤4)所述浸泡的时间为12?48小时；步骤6)所述浸泡的时间为12?24小时。
【专利摘要】本发明公开了一种疏水亲油油水分离材料的制备方法，该方法包括如下步骤：1）将金属多孔材料清洗干净后烘干；2）将三羟甲基甲烷溶于水中得到浓度为0.05%～30%的三羟甲基甲烷水溶液，用盐酸调节其pH值至8.0～10.0；3）在步骤2）所得溶液中加入多巴胺并使之溶解得到多巴胺混合溶液；4）将步骤1）所得金属多孔材料浸泡于步骤3）所述混合溶液中，然后取出、洗涤并烘干；5）将脂肪族酰氯溶于有机溶剂中得到酰氯溶液；6）将步骤4）所得多孔材料浸泡于步骤5）所得酰氯溶液中，然后取出、洗涤并烘干即得油水分离材料。本发明制备方法简单、分离效率高、循环使用性能好。
【IPC分类】B01D17/022
【公开号】CN105617718
【申请号】CN201410603941
【发明人】马立民, 王金清, 杨生荣
【申请人】中国科学院兰州化学物理研究所
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2014年11月3日