具有超亲水超疏油性质的油水分离网膜的制备方法与流程

本发明属于化学化工、功能材料技术领域，具体涉及具有超亲水超疏油性质的油水分离网膜的制备方法和用途。

背景技术：

近些年来，随着工业的飞速发展，油田开采规模不断扩大，工厂生产产生的含油废水也在不断增加，油水分离已经成为与人民生活、经济发展和环境保护息息相关的问题。一方面，食品加工、金属冶炼、石油化工、纺织等领域产生了大量的工业含油废水，这些对环境将会造成非常严重的污染；另一方面，随着海底石油的开采，漏油现象也越发严重，这对海洋环境也会造成较大的污染。所以如何实现油水高效分离已成为当今社会亟待解决的问题，具有特殊浸润性的油水分离网逐渐受到了人们的关注。

文献angew.chem.int.ed.,2004,43,2012-2014；j.chem.technol.biotechnol,2012,87,427-430；appl.surf.sci.,2007,253(23),9054-9060；appl.surf.sci.,2008.254(18),6002-6006报道了用来油水分离的具有超疏水超亲油性质的网膜。虽然以上报道的网膜都具有油水分离的效果，但也存在着不同的不足，如制造过程较为复杂，有的还需高温固化，有的使用了含氟化合物，有的不适用于大量水中含有少量油的油水混合物的分离等等。

当前技术如cn104759118a，cn104689602a中，首先使胶黏剂在金属网上部分固化，然后采用冷喷涂方法将通过一系列反应制备的微纳复合多面体悬浊液涂覆在金属网上，待分散液挥发完全，即得到油水分离网膜。该方法得到的油水分离网膜是超疏水超亲油的，然而因为亲油性网膜特别容易被污染甚至堵塞，尤其是高粘度的油会严重影响分离效率，并且粘附的油难以清除，导致后处理工艺中的二次污染，网膜不易重复使用。同时该方法的制造过程较为复杂，不易大面积低成本生产。

技术实现要素：

本发明的目的是针对当前技术中存在的不足，提供一种低成本、简单便捷的具有超亲水超疏油性质的油水分离网膜的制备方法。本发明的具有超亲水超疏油性质的油水分离网膜是以400～2000目的金属网作为基底，采用冷喷涂的方法，在金属网的网丝上包覆亲水性材料，通过高温烧结提高结合力，无需对金属网本身进行改性修饰，无需胶黏剂提高结合力，从而得到具有超亲水超疏油性质的油水分离网膜。本发明不会产生二次污染，清洗容易，可以重复使用。

本发明的技术方案为：

一种具有超亲水超疏油性质的油水分离网膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)将400～2000目的金属网进行超声清洗，然后室温下干燥；

(2)将亲水材料于四氢呋喃中超声分散60～180分钟，得到稳定的悬浮溶液；

其中，悬浮溶液中亲水材料的质量百分含量为0.5～3.8％；所述的亲水性材料为氧化锌、二氧化硅、碳酸钙和二氧化钛中的一种或多种，粒径范围为5～200纳米；

(3)将悬浮溶液利用空压机的高压气体均匀喷涂到步骤(1)中得到干燥后的金属网的表面；喷枪的喷嘴孔径为1.0mm，连接喷枪的空气压缩机压力为0.3-0.6mpa，喷枪的喷涂距离为10～20cm；每平方厘米喷涂0.5～6.8g悬浮溶液；

(4)将步骤(3)喷涂过悬浮液的金属网在室温下陈化30～90分钟，最后300℃～750℃下烧结60～240分钟，得到具有超亲水超疏油性质的油水分离网膜。

所述的步骤(1)中的清洗具体为依次用丙酮、异丙醇和去离子水超声清洗。

所述的金属网为不锈钢网、铜网或铁网。

本发明的有益效果为：

本发明的油水分离网膜具有特殊的微纳复合结构：微米尺度的网孔和网丝，纳米尺度的亲水材料。本发明的油水分离网膜在空气中是亲水的，首先用水完全浸润网膜，当网膜被水完全浸润后，水填充到网丝表面的微纳复合结构中，当油水混合物接触到油水分离网膜时，水能够顺利由孔隙渗透，油被油水分离网膜表面的水膜排斥，滞留在油水分离网膜上方，实现油水分离目的。本发明的油水分离网膜在空气中对水滴的接触角接近0°，在水下对油滴的接触角大于150°。

本发明的油水分离网膜的原材料廉价易得，设备和制造工艺简单，可以大面积低成本生产。本发明的油水分离网膜的水通量大，油水分离速度快，对油水混合物的分离效率可达99.9％，适用于含油量大的废水处理，对正己烷、煤油、石油醚、苯、二氯乙烷、柴油、动植物油、汽油和原油等均有很好的分离效果。可用于含油废水的油水分离，如可用于含有食用油、石油、煤油等含油废水的油水分离。

该油水分离网膜无有毒有害物质，符合当今社会发展需求，容易清洗，可重复使用。

附图说明

图1.本发明实施例1制备的油水分离网膜的扫描电镜照片；

图2.本发明实施例1制备的油水分离网膜在空气中对水滴的接触角；

图3.本发明实施例1制备的油水分离网膜在水下对油滴的接触角；

图4.本发明实施例1制备的油水分离网膜用于油水分离的实验装置与实验效果照片；其中，

1.分离后的油；2.被水完全浸润的油水分离网膜；3.分离后的水。

具体实施方式

实施例1.

(1)将1000目(孔径是15μm)的不锈钢网(5厘米×5厘米)依次浸入丙酮，异丙醇和去离子水中各超声清洗10分钟，室温下干燥；

(2)室温下，在250ml单口瓶中加入1g二氧化钛(粒径8纳米)，150ml四氢呋喃(133.4g)，超声60分钟得到134.4g稳定的悬浮溶液；

(3)将步骤(2)得到的悬浮溶液利用空压机的高压气体均匀喷涂到(1)干燥后的不锈钢网的表面；喷枪的喷嘴孔径为1.0mm，连接喷枪的空气压缩机压力保持在0.4mpa，喷涂距离为16cm。

(4)将步骤(3)喷涂过悬浮液的不锈钢网在室温下陈化30分钟，最后在550℃下烧结150分钟，得到具有超亲水超疏油性质的油水分离网膜，所得油水分离网膜具有孔径约为15微米的网孔(如图1所示)；

(5)在空气中测量步骤(4)得到的油水分离网膜表面对10微升水滴的接触角接近0°(如图2所示)；在水下测量该油水分离网膜表面对10微升煤油的接触角大于150°(如图3所示)；

(6)利用图4所示的实验装置进行油水分离实验。首先用水完全浸润上述得到的油水分离网膜2(所述的完全浸润为油水分离网膜2各部分接触到水即可，例如将油水分离网膜2浸没入水中后立刻取出。以下实施例同)，然后将网膜2夹在玻璃管中间，将煤油与水的混合物(体积比1:1，磁力搅拌20分钟)倒在上述油水分离网膜上，当网膜被水完全浸润后，水填充到网丝表面的微纳复合结构中，当油水混合物接触到油水分离网膜时，水能够快速穿过油水分离网膜，得到分离后的水3；同时煤油被油水分离网膜表面的水膜排斥，滞留在油水分离网膜上方，得到分离后的油1，实现油水分离目的，油水分离率为99.9％。

本发明的分离机理为：

本发明的油水分离网膜不仅具有亲水性，而且具有特殊的微纳复合结构，这导致水与纳米突起表面接触时黏附强度大于水本身的内聚强度，从而使水能够在油水分离网膜的毛细管孔道内产生黏附拉拽作用而形成液桥，同时基于液桥的传质作用使水源源不断传递。而由于水所形成的液膜对油起到了隔离传质的作用，从而使油无法接触到油水分离网膜的表面，实现油水分离目的。

实施例2.

(1)将800目(孔径是19微米)的铜网(5厘米×5厘米)依次浸入丙酮，异丙醇和去离子水中各超声清洗10分钟，室温下干燥；

(2)室温下，在250ml单口瓶中加入1g氧化锌(粒径10纳米)，0.5g二氧化硅(粒径15纳米)，100ml四氢呋喃(88.9g)，超声80分钟得到90.4g稳定的悬浮溶液；

(3)将步骤(2)得到的悬浮溶液利用空压机的高压气体均匀喷涂到(1)干燥后的铜网的表面；喷枪的喷嘴孔径为1.0mm，连接喷枪的空气压缩机压力保持在0.4mpa，喷涂距离为16cm。

(4)将步骤(3)喷涂过悬浮液的铜网在室温下陈化50分钟，最后450℃下烧结180分钟，得到具有超亲水超疏油性质的油水分离网膜，所得油水分离网膜具有孔径约为19微米的网孔；

(5)在空气中测量步骤(4)得到的油水分离网膜表面对10微升水滴的接触角接近0°；在水下测量该油水分离网膜表面对10微升正己烷的接触角大于150°；

(6)利用图4所示的实验装置进行油水分离实验。首先用水完全浸润上述得到的油水分离网膜，然后将网膜夹在玻璃管中间，将正己烷与水的混合物(体积比2:3，磁力搅拌30分钟)倒在上述油水分离网膜上，当网膜被水完全浸润后，水填充到网丝表面的微纳复合结构中，当油水混合物接触到油水分离网膜时，水能够快速穿过油水分离网膜，得到分离后的水；同时正己烷被油水分离网膜表面的水膜排斥，滞留在油水分离网膜上方，得到分离后的油，实现油水分离目的。

实施例3.

(1)将400目(孔径是37微米)的铁网(5厘米×5厘米)依次浸入丙酮，异丙醇和去离子水中各超声清洗10分钟，室温下干燥；

(2)室温下，在250ml单口瓶中加入1g氧化锌(粒径20纳米)，0.5g碳酸钙(粒径16纳米)，0.5g二氧化硅(粒径21纳米)，150ml四氢呋喃(133.4g)，超声120分钟得到135.4g稳定的悬浮溶液；

(3)将步骤(2)得到的悬浮溶液利用空压机的高压气体均匀喷涂到(1)干燥后的铁网的表面；喷枪的喷嘴孔径为1.0mm，连接喷枪的空气压缩机压力保持在0.4mpa，喷涂距离为16cm。

(4)将步骤(3)喷涂过悬浮液的铁网在室温下陈化70分钟，最后350℃下烧结240分钟，得到具有超亲水超疏油性质的油水分离网膜，所得油水分离网膜具有孔径约为37微米的网孔；

(5)在空气中测量步骤(4)得到的油水分离网膜表面对10微升水滴的接触角接近0°；在水下测量该油水分离网膜表面对10微升食用油的接触角大于150°；

(6)利用图4所示的实验装置进行油水分离实验。首先用水完全浸润上述得到的油水分离网膜，然后将网膜夹在玻璃管中间，将食用油与水的混合物(体积比2:3，磁力搅拌30分钟)倒在上述油水分离网膜上，当网膜被水完全浸润后，水填充到网丝表面的微纳复合结构中，当油水混合物接触到油水分离网膜时，水能够快速穿过油水分离网膜，得到分离后的水；同时食用油被油水分离网膜表面的水膜排斥，滞留在油水分离网膜上方，得到分离后的油，实现油水分离目的。

实施例4

将实施例1中进行油水分离后的油水分离网膜用乙醇清洗后室温下干燥，再次进行油水分离。循环使用20次之后分离效果仍然可以达到99.9％。

以上实验结果表明，本发明的油水分离网膜在空气中对水滴的接触角接近0°(如图2所示)，水能顺利由孔隙渗透；同时油水分离网膜在水下对油滴(如正己烷、煤油、石油醚、苯、二氯乙烷、柴油、动植物油、汽油和原油等)的接触角大于150°(如图3所示)，油在本发明的油水分离网膜表面不能浸润，滞留在网膜上方。亲水性材料吸水性能好，水能够顺利的通过油水分离网膜，而油被完全阻隔在油水分离网膜上方，从而实现稳定、高效的油水分离效果。由于本发明的油水分离网膜在水下对油滴的接触角大于150°，网孔不易被油滴堵塞，使用后的所述的油水分离网膜清洗方便，可以重复使用。

本发明未尽事宜为公知技术。