一种微量水分离膜及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及分离膜技术领域，更为具体地说，涉及一种微量水分离膜及其制备方 法和应用。
【背景技术】
[0002] 变压器设备绝缘老化是工业生产中常常遇到的问题，而影响其老化的重要原因之 一便是水分。随着变压器油和绝缘材料中含水量的增加，绝缘材料的绝缘性能会直接下降 并促使变压器油老化，进而影响设备运行的可靠性和设备的使用寿命。此外，变压器油和绝 缘材料中的水分还能促进有机酸对铜、铁等金属的腐蚀作用，且产生的皂化物会恶化变压 器油的介质损耗因数、增加变压器油的吸潮性、并且还对变压器油的氧化起到催化作用。一 般认为，受潮的变压器油比干燥的变压器油老化速度要增加2-4倍，因此，变压器油在使用 前必须反复过滤脱水到电气性能全部合格后方可加入变压器内。
[0003] 目前，油水分离常见的方法主要有沉降法、离心法、真空减压法、吸附法和聚结分 离法，其中，聚结分离法因其处理量大、成本低而得到广泛应用。聚结分离法主要是针对非 均相液_液物系的分离，例如油-水的分离，它通过对分散相液滴的捕获、碰撞和聚结，使小 液滴长大，然后在重力场的作用下实现两相的分离。在进行油水分离时通常会用到油水分 离滤芯，而大多数的油水分离滤芯采用聚四氟乙烯喷涂金属网制备而成，由于油水分离滤 芯的亲油性不好，因而在应用上受到一定的限制。另外，还有一些油水分离产品在制备时采 用的是溶剂型含氟丙烯酸树脂，然而，上述油水分离产品的制备原料对环境危害较大，进 而，在一定程度上制约了其发展前景。
[0004] 近几年来，由于膜法具有低能耗、高效率和过滤效果稳定的优点，因而在油水分离 中扮演着越来越重要的角色。但是，对于使用膜法分离变压器油中的微量水，还没有文献报 道。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种微量水分离膜及其制备方法和应用，以分离变压器油中 ppm级的微量水。
[0006] 为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
[0007] -种微量水分离膜，所述微量水分离膜为双面复合滤纸的表面包覆浸渍液，所述 浸渍液由改性脂肪胺固化剂、环氧树脂、溶剂和改性纳米Si0 2制备而成，且所述改性脂肪胺 固化剂、所述环氧树脂、所述溶剂和所述改性纳米Si〇2的质量比为1:1~5:10~100:0.1~ 5〇
[0008] 优选地，所述溶剂为无水乙醇或二氧六环。
[0009] 其中，本发明提供的微量水分离膜在制备时所选用的固化剂为挥发性小、毒性低 的改性脂肪胺固化剂，优先选取改性脂肪胺Ancamine 2771固化剂或改性脂肪胺 Ancamine419固化剂，改性脂肪胺Ancamine 2771固化剂和改性脂肪胺Ancamine 419固化剂 更是商业上常用的改性脂肪胺固化剂，具有更强的憎水性。环氧树脂优先选取E-44型双酚A 酚醛环氧树脂或E-51型双酸A酚醛环氧树脂。
[0010]在本发明中，只要能够溶解改性脂肪胺固化剂和环氧树脂的溶剂或其他混合溶液 均可作为本发明中的溶剂。在本发明中，溶剂优选的选用无水乙醇或二氧六环。
[0011] 在本发明中，纳米Si02采用的是经二甲基聚硅氧烷改性的AEROSIL R202型疏水纳 米Si〇2或经二甲基二氯硅烷改性的AEROSIL R974型疏水纳米SiO^AEROSIL R202型疏水纳 米Si02和AEROSIL R974型疏水纳米Si02均是通过气相法将四氯化硅、氧气和氢气在高温下 反应而生成气相Si02,再分别加入疏水改性剂二甲基聚硅氧烷、二甲基二氯硅烷即制备出 两种不同型号的疏水纳米Si〇2粒子。
[0012] 在本发明中，双面复合滤纸为过滤变压器油专用双面复合滤纸，该过滤变压器油 专用双面复合滤纸具有更好的机械稳定性，制备出的微量水分离膜具有持久的疏水性。
[0013] 本发明提供的微量水分离膜，所述微量水分离膜为双面复合滤纸的表面包覆浸渍 液，所述浸渍液由改性脂肪胺固化剂、环氧树脂、溶剂和改性纳米Si0 2制备而成，且所述改 性脂肪胺固化剂、所述环氧树脂、所述溶剂和所述改性纳米Si〇2的质量比为1:1~5:10~ 100:0.1~5。本发明提供的微量水分离膜通过在浸渍液中加入改性纳米Si0 2后，使得微量 水分离膜的表面呈现为低能表面，微量水分离膜与高极性的水分子接触后会发生硅氧链向 界面的缓慢迀移现象，进而增大微量水分离膜与水的接触角，从而能够有效地分离油水。本 发明提供的微量水分离膜的原料环保，不含氟，复合绿色化学生产的要求。
[0014] 本发明还提供了微量水分离膜的制备方法，该制备方法包括：
[0015]按照质量比分别称取所述改性脂肪胺固化剂、所述环氧树脂、所述溶剂和所述改 性纳米Si02;
[0016]将所述改性脂肪胺固化剂、所述环氧树脂和所述溶剂放置于反应器中，并充分搅 拌5-20min，得到混合液；
[0017]将所述改性纳米Si02加入到上述混合液中，再次搅拌10-60min，直到溶液均匀，得 到浸渍液；
[0018] 将双面复合滤纸浸入所述浸渍液中，5-15min后取出浸渍后的所述双面复合滤纸；
[0019] 将浸渍后的所述双面复合滤纸固化、烘干、冷却后得到微量水分离膜。
[0020] 优选地，浸渍后的所述双面复合滤纸的烘干温度为80-95°C，烘干时间为l-3h。
[0021] 本发明提供的微量水分离膜的制备方法简单，一次涂膜，均匀稳定，且成本低廉， 制备量大，适合工业化生产。
[0022] 本发明对所制备的微量水分离膜进行了SEM(scanning electron microscope，即 扫描电子显微镜）和EDX(Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy，即能量色散X射线光谱 分析)表征，并对微量水分离膜与水滴之间的接触角进行了测试。
[0023]其中，采用荷兰FEI公司的QUANTA 200扫描电子显微镜对微量水分离膜进行SEM表 征。由150、2000、6000三种放大倍率可以看出，本发明制备的微量水分离膜具有微米-纳米 双微观粗糙结构，该微观粗糙结构能够增加膜表面的接触角，接触角越大时，微量水分离膜 的疏水性、抗水性越强。
[0024]通过EDX能谱图能够得知微量水分离膜表面元素C: 0: Si的质量比为63.36:26.04: 10.59。在本发明中，通过改性纳米Si02引入了Si元素，使得微量水分离膜的表面呈现为低 能表面，微量水分离膜与高极性的水分子接触后会发生硅氧链向界面的缓慢迀移现象，进 而增大微量水分离膜与水的接触角，从而能够有效地分离油水，提高油水分离效率。
[0025] 采用KRUSSGermany的接触角测量仪DSA100测试微量水分离膜与水、变压器油之 间的静态接触角。在测试时，将微量水分离膜水平地放在接触角测量仪上，然后将5yL水滴 滴在膜上，仪器自带的软件会自动模拟出水滴轮廓，算出接触角。通过接触角测试得知，微 量水分离膜对水的接触角为155°，最高能够达到161° ;微量水分离膜对变压器油的接触角 为〇°，因而，本发明制备的微量水分离膜具有优异的超疏水超亲油性能。
[0026] 本发明所制备的微量水分离膜能够应用于变压器油中的油水分离，相对于传统的 油水分离膜，本发明所制备的微量水分离膜不仅能够分离悬浮水，而且还能够分离油中存 在的乳化水和溶解水，尤其是变压器油中ppm级的微量水，极大降低变压器油除水的能耗。 微量水分离膜在常温条件下分离油水，分离过程无相变，设备能耗低，膜组件结构简单，流 程缩短，分离过程可高度自动化。
【附图说明】
[0027] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使 用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动 的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0028] 图1是本发明实施例提供的微量水分离膜的制备流程图；
[0029] 图2是本发明实施例提供的微量水分离膜的放大150倍的SEM图；
[0030] 图3是本发明实施例提供的微量水分离膜的放大2000倍的SEM图；
[0031]图4是本发明实施例提供的微量水分离膜的放大6000倍的SEM图；
[0032]图5是