本发明涉及一种具有油水分离功能的滤纸及其简易制备方法与应用，属于有机无机复合功能材料技术领域。
背景技术：
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，含油污水污染环境，破坏生态平衡，危害人类健康，因此对含油污水进行油水分离，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。
利用材料的特殊浸润性对油和水的不同界面作用来实现油水分离，已成为推动油水分离技术发展的重要突破口，与传统的油水分离材料相比，具有特殊浸润性的油水分离材料具有高效性和高选择性。目前，具有特殊浸润性的油水分离材料主要包括除油和除水两类。利用超疏水的特殊润湿性，可以使油顺利通过而水完全不通过，从而有效分离油水混合物，迄今有不少研究将超疏水应用于油水分离，中国专利CN1387932A、CN1721030A、CN101518695A和CN101708384A中公开了具有超疏水与超亲油功能的油水分离网膜及其制备方法。同样，利用超亲水的特殊润湿性，可以使水顺利通过而油完全不通过，实现油水混合物的有效分离，中国专利CN105413236A、CN102974226A、CN105056770A、CN103893999A公开了具有超亲水与超疏油功能的油水分离网膜及其制备方法。
选择通用材料，简化工艺过程，提高稳定性，降低造价，实现油水分离材料的大规模制备与应用油水分离领域的发展方向。与金属网膜或其他硬质材料相比，纸基材料具有柔软、易成形等优点，用于油水分离材料的制备具有独特优势，但以纸制品为基底材料制备超疏水材料用于油水分离的报道不多。Lu等(ACS Appl.Mater.Interfaces.，2010，2，677-683)利用聚苯乙烯将二氧化硅纳米粒子粘附在普通滤纸表面，制备的超疏水/超亲油滤纸可清除水面漂浮的油污，但利用聚合物将纳米粒子粘附在滤纸表面，在某些有机溶剂中溶液中聚合物不稳定，易造成纳米粒子脱落，影响其分离效率和反复使用。中国专利CN102225273A公开了一种超疏水超亲油纸基分离材料的制备方法，首先制备二氧化硅纳米粒子溶胶溶液，再利用硅烷化试剂和正硅酸乙酯水解产物对二氧化硅纳米粒子进行改性，得到超疏水亲油纸基分离材料。现有油水分离滤纸的制备方法普遍存在工艺复杂、步骤繁琐、耗时较长等问题，同时在分离材料重复利用和处置方面造成一定的环境污染，因此寻求简单快捷、经济环保的方法制备超亲水油水分离材料具有重要意义。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种具有油水分离功能的滤纸及其简易制备方法与应用。
本发明所述的具有油水分离功能的滤纸，其特征在于：所述滤纸是以普通实验滤纸为基质，其上面负载有有机/无机复合疏水层，该有机/无机复合疏水层的组分及含量以重量配比计是：纳米二氧化硅:硅烷偶联剂:催化剂:乙醇:水为2～5:2～10:2～10:80～100:5～20；其中，所述纳米二氧化硅粒径为40～60nm；所述的硅烷偶联剂为十八烷基三甲氧基硅烷；所述的催化剂为三乙胺或乙酸。
其中：所述有机/无机复合疏水层的组分及含量以重量配比计是：纳米二氧化硅:十八烷基三甲氧基硅烷:三乙胺:乙醇:水优选为3:5:5:90:10。
本发明所述的具有油水分离功能的滤纸的制备方法，步骤是：
(1)以重量配比计，将纳米二氧化硅、硅烷偶联剂、催化剂、乙醇和水按配比2～5:2～10:2～10:80～100:5～20进行混合，超声分散10～20min；其中，所述纳米二氧化硅粒径为40～60nm；所述的硅烷偶联剂为十八烷基三甲氧基硅烷；所述的催化剂为三乙胺或乙酸；
(2)将普通实验滤纸浸没于步骤(1)制备的溶液中，超声分散5～10s，然后取出，室温下自然晾干，即制得具有油水分离功能的滤纸。
其中，上述纳米二氧化硅、硅烷偶联剂、催化剂、乙醇和水优选按配比3:5:5:90:10进行混合。
本发明所述具有油水分离功能的滤纸在对油水混合物或油水乳液实施油水或乳液分离中的应用。
本发明所述具有油水分离功能的滤纸在对含油污水处理中的应用。
本发明公开了一种材料易得，造价低，稳定性好，可反复使用，易于处置，并适于大规模制备与应用的油水分离滤纸的简易制备方法。本发明结合了天然高分子材料与无机纳米材料的优点，构筑疏水亲油表面，实现油水分离。原料通用，制备方法简单，成本低，可反复使用，易于处置，适于规模化生产与应用，具有广泛的社会效益和经济价值。
本发明具有的显著特点和效果是：
(1)工艺简单、成本低、节能环保；
(2)利用普通滤纸，通过浸涂法一步油水分离滤纸，快捷方便；
(3)原料组分配比和实验条件易控制；
(4)使用后的滤纸易于处置，可回收利用或焚烧，环境友好。
具体实施方式
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，不能囊括本发明所有实例，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。
实施例1
(1)以重量比计，将纳米二氧化硅、十六烷基三甲氧基硅烷、三乙胺、乙醇和水按配比3:5:5:90:10混合，超声分散10min。
(2)将滤纸浸没于上述步骤(1)得到的溶液中，超声分散10s，取出后室温下自然晾干。
该滤纸与水、石油醚(沸点60～90℃)的接触角，对油水混合物(以体积比计，去离子水与石油醚的配比为2:1)和油水乳液(以体积比计，去离子水、石油醚和十二烷基硫酸钠的配比为2:1:0.01)的分离效果，以及滤纸的稳定性见表1。
实施例2
(1)以重量比计，将纳米二氧化硅、十六烷基三甲氧基硅烷、三乙胺、乙醇和水按配比3:5:5:90:10混合，超声分散20min。
(2)将滤纸浸没于上述步骤(1)得到的溶液中，超声分散10s，取出后室温下自然晾干。
该滤纸与水、石油醚(沸点60～90℃)的接触角，对油水混合物(以体积比计，去离子水与石油醚的配比为2:1)和油水乳液(以体积比计，去离子水、石油醚和十二烷基硫酸钠的配比为2:1:0.01)的分离效果，以及滤纸的稳定性见表1。
实施例3
(1)以重量比计，将纳米二氧化硅、十六烷基三甲氧基硅烷、三乙胺、乙醇和水按配比4:5:5:90:10混合，超声分散10min。
(2)将滤纸浸没于上述步骤(1)得到的溶液中，超声分散10s，取出后室温下自然晾干。
该滤纸与水、石油醚(沸点60～90℃)的接触角，对油水混合物(以体积比计，去离子水与石油醚的配比为2:1)和油水乳液(以体积比计，去离子水、石油醚和十二烷基硫酸钠的配比为2:1:0.01)的分离效果，以及滤纸的稳定性见表1。
实施例4
(1)以重量比计，将纳米二氧化硅、十六烷基三甲氧基硅烷、三乙胺、乙醇和水按配比4:5:5:90:10混合，超声分散20min。
(2)将滤纸浸没于上述步骤(1)得到的溶液中，超声分散10s，取出后室温下自然晾干。
该滤纸与水、石油醚(沸点60～90℃)的接触角，对油水混合物(以体积比计，去离子水与石油醚的配比为2:1)和油水乳液(以体积比计，去离子水、石油醚和十二烷基硫酸钠的配比为2:1:0.01)的分离效果，以及滤纸的稳定性见表1。
实施例5
(1)以重量比计，将纳米二氧化硅、十六烷基三甲氧基硅烷、三乙胺、乙醇和水按配比2:5:5:90:10混合，超声分散20min。
(2)将滤纸浸没于上述步骤(1)得到的溶液中，超声分散10s，取出后室温下自然晾干。
该滤纸与水、石油醚(沸点60～90℃)的接触角，对油水混合物(以体积比计，去离子水与石油醚的配比为2:1)和油水乳液(以体积比计，去离子水、石油醚和十二烷基硫酸钠的配比为2:1:0.01)的分离效果，以及滤纸的稳定性见表1。
实施例6
(1)以重量比计，将纳米二氧化硅、十六烷基三甲氧基硅烷、乙酸、乙醇和水按配比2:5:5:90:10混合，超声分散20min。
(2)将滤纸浸没于上述步骤(1)得到的溶液中，超声分散10s，取出后室温下自然晾干。
该滤纸与水、石油醚(沸点60～90℃)的接触角，对油水混合物(以体积比计，去离子水与石油醚的配比为2:1)和油水乳液(以体积比计，去离子水、石油醚和十二烷基硫酸钠的配比为2:1:0.01)的分离效果，以及滤纸的稳定性见表1。
对比例1
(1)以重量比计，将纳米二氧化硅、十六烷基三甲氧基硅烷、三乙胺、乙醇和水按配比3:5:5:100:0混合(不加水)，超声分散20min。
(2)将滤纸浸没于上述步骤(1)得到的溶液中，超声分散10s，取出后室温下自然晾干。
该滤纸与水、石油醚(沸点60～90℃)的接触角，对油水混合物(以体积比计，去离子水与石油醚的配比为2:1)和油水乳液(以体积比计，去离子水、石油醚和十二烷基硫酸钠的配比为2:1:0.01)的分离效果，以及滤纸的稳定性见表1。
对比例2
(1)以重量比计，将纳米二氧化硅、十六烷基三甲氧基硅烷、乙酸、乙醇和水按配比3:5:5:100:0混合(不加水)，超声分散20min。
(2)将滤纸浸没于上述步骤(1)得到的溶液中，超声分散10s，取出后室温下自然晾干。
该滤纸与水、石油醚(沸点60～90℃)的接触角，对油水混合物(以体积比计，去离子水与石油醚的配比为2:1)和油水乳液(以体积比计，去离子水、石油醚和十二烷基硫酸钠的配比为2:1:0.01)的分离效果，以及滤纸的稳定性见表1。
表1油水分离滤纸的性能对比
由表1可以看出，纳米二氧化硅、十六烷基三甲氧基硅烷、乙酸、乙醇和水的配比对水接触角影响较大，即使滤纸表面未达到超疏水状态(水接触角>95°)，仍然具有良好的油水和乳液分离效率。
实施例1～6中，由于纳米二氧化硅含量的差异对滤纸的疏水性和稳定性影响较大，考虑到滤纸表面稳定性和成本因素，纳米二氧化硅、十六烷基三甲氧基硅烷、乙酸、乙醇和水的配比优选为3:5:5:90:10。
对比例1～2与实施例1～2中纳米二氧化硅含量相同，但由于硅烷偶联剂的水解条件不同，导致滤纸的稳定性差异明显，说明水解在滤纸表面形成有机/无机复合疏水层过程中起着重要作用。