一种硬脂酸复合膜及其制备方法和应用与流程

本发明属于油水分离膜的技术领域，尤其涉及一种硬脂酸复合膜及其制备方法和应用。

背景技术：

随着科学技术的不断发展，人口剧增，各行各业都在持续稳定发展。近年来，随着人口数目的增加，所需资源的增加，我们周围的污染俯拾皆是。油污染作为一种常见的污染，对环境和生态平衡危害极大，因此，如何经济的、高效的完成油水分离是解决目前环境污染的有效方法之一。

目前制备油水分离膜的技术方案有气相沉积法，刻蚀法，溶胶凝胶法，通过这些方法提高表面的粗糙度和引入亲油基团，提高吸油能力。但是，现有技术制备过程繁琐复杂，不利于规模化生产，而且在制备过程中容易造成二次污染。因此，开发一种吸油性能好、环保、价格低廉、工艺简单的薄膜是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明目的一是开发一种吸油性能好，价格低廉，以及环保的硬脂酸复合膜；目的二是提供一种工艺简单的硬脂酸复合膜的制备方法。

本发明提供了一种硬脂酸复合膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、将生物可降解材料与第一混合溶液混合，得到第二混合溶液，其中，所述第一混合溶液包括二氯甲烷和二甲基甲酰胺；

步骤2、将所述第一混合溶液作为静电纺丝的前驱体溶液进行静电纺丝，干燥后得到多孔纤维膜；

步骤3、将所述多孔纤维膜浸泡在硬脂酸无水乙醇溶液中，超声分散后，得到纤维膜，将所述纤维膜加热得到硬脂酸复合膜。

需要说明的是，本发明的制备方法采用静电纺丝技术，静电纺丝技术具有操作简单，加工成本低廉等优点，常用于制备微纳米纤维，静电纺丝技术是通过高电压使得带电液滴在电场的作用下拉伸为纤维状，并最终沉积在接收板上，而这些纤维通常具有比表面积大，孔隙率高的优势，可应用到物理吸附、气体过滤，生物医疗等领域。

需要说明的是，所述硬脂酸无水乙醇溶液为将硬脂酸溶解在无水乙醇制得。

作为优选，步骤1中，所述生物可降解材料选自聚乳酸、聚己内酯、聚碳酸酯及聚酰胺中的一种或多种。

更为优选，步骤1中，所述生物可降解材料为聚乳酸。

需要说明的是，本发明的制备方法采用生物可降解材料，制备得到的硬脂酸复合膜具有环保的特性，其中，聚乳酸又名聚丙交酯，是以乳酸为主要的原料聚合而成的聚合物。聚乳酸的原料来源充分再生，生产过程无污染，且可以生物降解，实现在自然界中的循环，是理想的绿色高分子材料。除了生物可降解性，聚乳酸也具有优异的机械性能和物理性能，适用于吹塑、热塑等加工方法，加工方便，应用十分广泛。由于聚乳酸里大量存在羟基和羧基，因此，聚乳酸是天然吸油材料，通过复合其他材料可以进一步提高吸油能力。

作为优选，步骤1中，所述二氯甲烷和所述二甲基甲酰胺的质量比为9:1。

作为优选，步骤1中，所述生物可降解材料与所述第一混合溶液的重量比为1：(8-10)。

作为优选，步骤2中，所述干燥温度为70～90℃，所述干燥时间为10-12h。

作为优选，步骤3中，所述硬脂酸无水乙醇溶液为质量分数为1wt.％～3wt.％的硬脂酸无水乙醇溶液。

作为优选，步骤3中，超声分散时间为30～40min。

作为优选，步骤3中，所述加热具体包括将所述纤维膜在干燥箱中加热，所述加热时间为6～8hh，所述加热温度为70-120℃。

本发明还提供了一种硬脂酸复合膜，所述硬脂酸复合膜所述的制备方法制得。

本发明还公开了所述的制备方法制得的硬脂酸复合膜或所述的硬脂酸复合膜在油水分离中的应用。

本发明的目的针对决现有技术的油水分离膜的制备过程繁琐复杂、制备成本高，及容易造成二次污染的技术缺陷。因此，本发明公开了一种硬脂酸复合膜的制备方法，采用生物可降解材料通过静电纺丝技术制得多孔纤维膜，将多孔纤维膜浸泡在硬脂酸无水乙醇溶液中，通过加热使得硬脂酸复合在多孔纤维膜上，制得硬脂酸复合膜。本发明通过在多孔纤维膜上引入硬脂酸来提高多孔纤维膜的吸油能力，主要是因为硬脂酸含有大量的长链烃基，这些基团较易附着在纤维表面，为多孔纤维膜的表面增加大量的亲油基团，从而在整体上提高多孔纤维膜的吸油性能，同时，本发明仅用简单的浸润和在较低温度下的热处理即可制备硬脂酸复合膜，整个制备工艺十分简单易操作。本发明提供的硬脂酸复合膜经过降解的产物仅为水和二氧化碳，绿色环保，不造成二次污染。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1示本发明实施例2的硬脂酸无水乙醇溶液的不同浓度与对应的硬脂酸复合膜的静态接触角关系图；

图2示本发明实施例3的纤维膜在干燥箱中加热时间为8小时制备的硬脂酸复合膜的电镜形貌图；

图3示本发明实施例3的纤维膜在干燥箱中加热时间为10小时制备的硬脂酸复合膜的电镜形貌图；

图4示本发明实施例4的纤维膜浸泡在质量分数为3wt.％的硬脂酸无水乙醇溶液制备的硬脂酸复合膜的电镜形貌图；

图5示本发明实施例4的纤维膜浸泡在质量分数为5wt.％的硬脂酸无水乙醇溶液制备的硬脂酸复合膜的电镜形貌图；

图6示本发明实施例5硬脂酸/聚乳酸复合膜放置前后的光学显微图。

具体实施方式

本发明提供了一种硬脂酸复合膜及其制备方法和应用，用于解决现有技术的油水分离膜的制备过程繁琐复杂、制备成本高，及容易造成二次污染的技术缺陷。

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

其中，以下实施例所用原料均为市售或自制。

实施例1

本发明实施例提供了一种硬脂酸/聚乳酸复合膜，其制备方法如下：

1、将2g的聚乳酸颗粒溶解在质量比为9:1的二氯甲烷和二甲基甲酰胺的混合液内，在室温下搅拌4小时，形成透明均质溶液。将所述均质溶液倒入20ml的注射器内，并在静电纺丝仪器上进行纺丝，纺丝的电压为15kv，固化距离为18cm，流速为1.0ml/h，最后把沉积在接收板上的纤维膜取下，放进在70℃的干燥箱内干燥10～12小时，得到聚乳酸多孔纤维膜；

2、将步骤1得到的聚乳酸多孔纤维膜浸泡在质量分数为3wt.％的硬脂酸无水乙醇溶液中，超声分散30分钟后取出纤维膜，并放置在干燥箱内加热8小时，加热温度为90℃，得到硬脂酸/聚乳酸复合膜。

实施例2

本发明实施例为不同浓度的硬脂酸无水乙醇溶液与对应的硬脂酸复合膜的静态接触角关系实验，具体步骤如下：

实验组1、将2g的聚乳酸颗粒溶解在质量比为9:1的二氯甲烷和二甲基甲酰胺的混合液内，在室温下搅拌4小时，形成透明均质溶液。将所述均质溶液倒入20ml的注射器内，并在静电纺丝仪器上进行纺丝，纺丝的电压为15kv，固化距离为18cm，流速为1.0ml/h，最后把沉积在接收板上的纤维膜取下，放进在70℃的干燥箱内干燥10～12小时，得到聚乳酸多孔纤维膜；得到实验组1(即空白对照)。

实验组2、将2g的聚乳酸颗粒溶解在质量比为9:1的二氯甲烷和二甲基甲酰胺的混合液内，在室温下搅拌4小时，形成透明均质溶液。将所述均质溶液倒入20ml的注射器内，并在静电纺丝仪器上进行纺丝，纺丝的电压为15kv，固化距离为18cm，流速为1.0ml/h，最后把沉积在接收板上的纤维膜取下，放进在70℃的干燥箱内干燥10～12小时，得到聚乳酸多孔纤维膜；将得到的聚乳酸多孔纤维膜浸泡在质量分数为1wt.％的硬脂酸无水乙醇溶液中，超声分散30分钟后取出纤维膜，并放置在干燥箱内加热8小时，加热温度为90℃，得到实验组2。

实验组3、将2g的聚乳酸颗粒溶解在质量比为9:1的二氯甲烷和二甲基甲酰胺的混合液内，在室温下搅拌4小时，形成透明均质溶液。将所述均质溶液倒入20ml的注射器内，并在静电纺丝仪器上进行纺丝，纺丝的电压为15kv，固化距离为18cm，流速为1.0ml/h，最后把沉积在接收板上的纤维膜取下，放进在70℃的干燥箱内干燥10～12小时，得到聚乳酸多孔纤维膜；将得到的聚乳酸多孔纤维膜浸泡在质量分数为2wt.％的硬脂酸无水乙醇溶液中，超声分散30分钟后取出纤维膜，并放置在干燥箱内加热8小时，加热温度为90℃，得到实验组3。

实验组4、将2g的聚乳酸颗粒溶解在质量比为9:1的二氯甲烷和二甲基甲酰胺的混合液内，在室温下搅拌4小时，形成透明均质溶液。将所述均质溶液倒入20ml的注射器内，并在静电纺丝仪器上进行纺丝，纺丝的电压为15kv，固化距离为18cm，流速为1.0ml/h，最后把沉积在接收板上的纤维膜取下，放进在70℃的干燥箱内干燥10～12小时，得到聚乳酸多孔纤维膜；将得到的聚乳酸多孔纤维膜浸泡在质量分数为4wt.％的硬脂酸无水乙醇溶液中，超声分散30分钟后取出纤维膜，并放置在干燥箱内加热8小时，加热温度为90℃，得到实验组4。

实验组5、将2g的聚乳酸颗粒溶解在质量比为9:1的二氯甲烷和二甲基甲酰胺的混合液内，在室温下搅拌4小时，形成透明均质溶液。将所述均质溶液倒入20ml的注射器内，并在静电纺丝仪器上进行纺丝，纺丝的电压为15kv，固化距离为18cm，流速为1.0ml/h，最后把沉积在接收板上的纤维膜取下，放进在70℃的干燥箱内干燥10～12小时，得到聚乳酸多孔纤维膜；将得到的聚乳酸多孔纤维膜浸泡在质量分数为5wt.％的硬脂酸无水乙醇溶液中，超声分散30分钟后取出纤维膜，并放置在干燥箱内加热8小时，加热温度为90℃，得到实验组5。

检测实施例1、实验组1-5的静态接触角，结果如图1所示，图1结果显示，在硬脂酸无水乙醇溶液质量浓度为1wt.％～3wt.％时，制备出的硬脂酸复合膜静态接触角呈上升趋势，表明其疏水性(亲油性)随溶液浓度增大，然而当浓度大于3wt.％，接触角有所下降并趋于平稳，因此，最佳参数为3wt.％。

实施例3

本发明实施例为纤维膜在干燥箱中不同的加热时间制备的硬脂酸复合膜的电镜形貌实验，具体步骤如下：

实验组1、将2g的聚乳酸颗粒溶解在质量比为9:1的二氯甲烷和二甲基甲酰胺的混合液内，在室温下搅拌4小时，形成透明均质溶液。将所述均质溶液倒入20ml的注射器内，并在静电纺丝仪器上进行纺丝，纺丝的电压为15kv，固化距离为18cm，流速为1.0ml/h，最后把沉积在接收板上的纤维膜取下，放进在70℃的干燥箱内干燥10～12小时，得到聚乳酸多孔纤维膜；将得到的聚乳酸多孔纤维膜浸泡在质量分数为3wt.％的硬脂酸无水乙醇溶液中，超声分散30分钟后取出纤维膜，并放置在干燥箱内加热8小时，加热温度为90℃，得到实验组1。

实验组2、将2g的聚乳酸颗粒溶解在质量比为9:1的二氯甲烷和二甲基甲酰胺的混合液内，在室温下搅拌4小时，形成透明均质溶液。将所述均质溶液倒入20ml的注射器内，并在静电纺丝仪器上进行纺丝，纺丝的电压为15kv，固化距离为18cm，流速为1.0ml/h，最后把沉积在接收板上的纤维膜取下，放进在70℃的干燥箱内干燥10～12小时，得到聚乳酸多孔纤维膜；将得到的聚乳酸多孔纤维膜浸泡在质量分数为3wt.％的硬脂酸无水乙醇溶液中，超声分散30分钟后取出纤维膜，并放置在干燥箱内加热10小时，加热温度为90℃，得到实验组2。

检测实验组1和2的电镜形貌图，结果如图2和图3所示，实验组1与实验组2的区别在于，前者的纤维膜在干燥箱内加热8小时，后者的纤维膜在干燥箱内加热10小时，图2显示硬脂酸附在纤维膜的表面，图3显示硬脂酸在纤维膜的表面分布并不均匀，且聚乳酸纤维被暴露。

实施例4

本发明实施例为纤维膜浸泡在不同浓度的硬脂酸无水乙醇溶液制备的硬脂酸复合膜的电镜形貌实验，具体步骤如下：

实验组1、将2g的聚乳酸颗粒溶解在质量比为9:1的二氯甲烷和二甲基甲酰胺的混合液内，在室温下搅拌4小时，形成透明均质溶液。将所述均质溶液倒入20ml的注射器内，并在静电纺丝仪器上进行纺丝，纺丝的电压为15kv，固化距离为18cm，流速为1.0ml/h，最后把沉积在接收板上的纤维膜取下，放进在70℃的干燥箱内干燥10～12小时，得到聚乳酸多孔纤维膜；将得到的聚乳酸多孔纤维膜浸泡在质量分数为3wt.％的硬脂酸无水乙醇溶液中，超声分散30分钟后取出纤维膜，并放置在干燥箱内加热8小时，加热温度为90℃，得到实验组1。

实验组1、将2g的聚乳酸颗粒溶解在质量比为9:1的二氯甲烷和二甲基甲酰胺的混合液内，在室温下搅拌4小时，形成透明均质溶液。将所述均质溶液倒入20ml的注射器内，并在静电纺丝仪器上进行纺丝，纺丝的电压为15kv，固化距离为18cm，流速为1.0ml/h，最后把沉积在接收板上的纤维膜取下，放进在70℃的干燥箱内干燥10～12小时，得到聚乳酸多孔纤维膜；将得到的聚乳酸多孔纤维膜浸泡在质量分数为5wt.％的硬脂酸无水乙醇溶液中，超声分散30分钟后取出纤维膜，并放置在干燥箱内加热8小时，加热温度为90℃，得到实验组1。

检测实验组1和2的电镜形貌图，结果如图4和图5所示，实验组1与实验组2的区别在于，前者的纤维膜浸泡在质量分数为3wt.％的硬脂酸无水乙醇溶液制得的硬脂酸复合膜，后者的纤维膜浸泡在质量分数为5wt.％的硬脂酸无水乙醇溶液制得的硬脂酸复合膜，图5显示增加硬脂酸无水乙醇溶液(5wt.％)后制得的硬脂酸复合膜的电镜图中，硬脂酸复合膜的直径大幅度增大，并出现大量的硬脂酸块状，硬脂酸分布不均匀。

实施例5

本发明实施例为检测实施例1的硬脂酸/聚乳酸复合膜的吸油实验，具体步骤如下：

将纯水倒在烧杯中，将经苏丹红染色的油滴在纯水中，纯水的表面漂浮有红色的油滴，得到水油悬浮液，对水油悬浮液进行光学显微检测；将实施例1的硬脂酸/聚乳酸复合膜置于水油悬浮液中，实施例1的硬脂酸/聚乳酸复合膜可将经苏丹红染色的油滴完全吸附，烧杯的纯水变成透明色，放置硬脂酸/聚乳酸复合膜后进行光学显微检测，结果如图6所示，图6的(d)为硬脂酸/聚乳酸复合膜放置前的光学显微图，(e)为硬脂酸/聚乳酸复合膜放置后的光学显微图，从图6可知，实施例1的硬脂酸/聚乳酸复合膜具有良好的吸油性能。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。