一种话筒状MOFs基油水分离金属网膜及其制备方法与流程

本发明涉及一种话筒状mofs基油水分离金属网膜及其制备方法，属于新材料技术领域。

背景技术：

石油泄漏事故的频发和生活中含油污水的排放已经造成严重的环境污染和资源浪费，如何高效地对含油污水进行处理是目前人们面临的一道难题。超声、离心、气浮和化学法等许多传统方法常被人们用于分离油/水混合物，然而同时又受到工艺复杂、成本高、效率低和易产生二次污染等缺点限制。近年来，基于特殊润湿性表面的膜分离技术由于其分离性能高、能耗低、操作方便、绿色无污染等优势而受到广泛的关注。

表面润湿性对膜材料的油水分离性能具有很大的影响，所以研究人员会根据需要调节膜的表面润湿性来调控膜材料的油水分离性能，主要手段包括调节膜的表面组分和构建表面微纳多级结构。金属有机框架化合物(mofs)作为一种新兴的多孔晶体材料，因其具有高比表面积、高孔隙率、孔道规则等优点在油水分离领域受到越来越多的关注。例如，张等人通过简单的溶液浸泡工艺成功设计并制备了一种基于uio-66(mofs的一种)涂层的金属网膜，研究发现，该膜具有超亲水性和水下超疏油性，在油水分离过程中展现出超高的水通量和优异的分离效率(acsappl.mater.interfaces2018,10,17301-17308)；李等人以不锈钢丝网(ssm)为基底材料，通过简单的自组装法将氨基化的uio-66和氧化石墨烯(go)修饰到ssm的表面，构筑了ssm/uio-66-nh2/go多级结构，该结构表现出超亲水性、超强的抗油污性和显著的油水分离效果(j.hazard.mater.2019,373,725–732)。cu-cat-1作为一种具有超亲水性和水下超疏油性的mofs材料，在膜分离油/水混合物领域中的应用鲜有报道。

本发明选用机械性能和耐蚀性能优异的铜网作为载体，首先通过原位生长氢氧化铜(cu(oh)2)纳米线阵列作为牺牲模板，提供后期生长cu-cat-1的铜源，然后通过简单的水热法构筑表面具有话筒状微纳粗糙结构的cu/cu(oh)2/cu-cat-1多级结构。该金属网膜具有优异的超亲水/水下超疏油性、超强的抗油污性，对不同种类的油水混合物都表现出极好的分离效果，在油/水混合物分离方面有着巨大的应用前景和参考价值。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种话筒状mofs基油水分离金属网膜及其制备方法，可以解决目前油水分离膜通量低、易污染等问题。

本发明为实现上述目的所要解决的技术问题是，通过水热法等方法制备话筒状mofs基金属网膜，以获得具有优异性能的油水分离膜。

为达到上述目的，一方面，本说明书提供了一种话筒状mofs基油水分离金属网膜，其特征在于，包括铜网、在该铜网表面原位生长的cu(oh)2和以cu(oh)2为模板生长的cu-cat-1(mofs的一种)，铜网孔径为32～45μm，cu(oh)2长度为8～15μm，直径为220～580nm，cu-cat-1的长度为7～13μm，cu-cat-1的尖端微球直径为0.8～2μm。

在上述话筒状mofs基油水分离金属网膜中，优选地，铜网的目数为400目。

在上述话筒状mofs基油水分离金属网膜中，优选地，cu-cat-1的尖端微球表面有尺寸为几十纳米的微纳突起。

另一方面，本说明书提供了上述话筒状mofs基油水分离金属网膜的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)将400目铜网切割成边长为5厘米的正方形，依次放在丙酮、乙醇和去离子水中各超声30分钟，于25摄氏度下真空干燥；

(2)配制溶液，所述溶液中溶解有氢氧化钠和过硫酸铵，溶剂为水，氢氧化钠和过硫酸铵的质量比为3.37:1.00；

(3)将步骤(1)中得到的铜网，浸入步骤(2)的溶液中，室温下反应30分钟后取出，用去离子水反复冲洗产物后在室温下干燥；

(4)配制溶液，所述溶液溶剂为水和n，n-二甲基甲酰胺，体积比为10:1，溶解有35毫克2，3，6，7，10，11-六羟基三亚苯；

(5)将步骤(3)的产物浸入步骤(4)的溶液中，室温下反应45分钟后取出，用丙酮和去离子水冲洗后在室温下真空干燥，完成话筒状mofs基油水分离金属网膜的制备。

上述话筒状mofs基油水分离金属网膜可在制备油水分离膜方面进行应用，拓展了油/水混合物分离的技术手段，并且话筒状mofs基油水分离金属网膜对于不同类型的油/水混合物均具有很高的分离通量和分离效率，该膜抗油污性强、易清洗、可循环利用性好，在油/水混合物分离方面具有巨大的应用前景和参考价值。

附图说明：

图1为本说明书实施例制备的话筒状mofs基油水分离金属网膜的扫描电子显微镜(sem)图，其中，图1左半部分是低倍数下金属网膜表面的sem图，图1右半部分是高倍数下金属网膜表面的sem图，图1右半部分插图是mofs(cu-cat-1)的尖端微球表面微观结构的sem图。

图2为本说明书实施例制备的话筒状mofs基油水分离金属网膜具体油/水混合物分离示意图，其中，图2左半部分是分离时将油水混合物倒入容器上半部的图，图2右半部分是分离之后的效果图。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例来详细描述本发明。

实施例1

本实施例具体制备了一种话筒状mofs基油水分离金属网膜，制备过程如下：

(1)将400目铜网切割成边长为5厘米的正方形，依次放在丙酮、乙醇和去离子水中各超声30分钟，于25摄氏度下真空干燥，得到洁净的铜网；

(2)首先将10克氢氧化钠加入到100毫升去离子水中，对溶液进行磁力搅拌，待氢氧化钠完全溶解后，加入2.9666克过硫酸铵，对溶液进行磁力搅拌，得到澄清、透明溶液；

(3)将步骤(1)中得到的洁净铜网，浸入步骤(2)的溶液中，室温下反应30分钟后取出，用去离子水反复冲洗产物后在室温下干燥，实现cu(oh)2在铜网上的生长，得到cu/cu(oh)2；

(4)称取35毫克2，3，6，7，10，11-六羟基三亚苯，加入到50毫升水和5毫升n,n-二甲基甲酰胺混合液中，磁力搅拌20分钟后超声10分钟，再磁力搅拌20分钟；

(5)将步骤(3)的产物浸入步骤(4)的溶液中，室温下反应45分钟后取出，用丙酮和去离子水冲洗后在室温下真空干燥，完成话筒状mofs基油水分离金属网膜的制备。

图1给出了话筒状mofs基油水分离金属网膜的sem图，从图中可以明显看出铜网上话筒状cu-cat-1的微纳多级结构，其中cu-cat-1的长度为7～13μm，cu-cat-1的尖端微球直径为0.8～2μm。

图2给出了话筒状mofs基油水分离金属网膜的具体油/水混合物分离示意图，从图中明显看出，一开始将油/水混合物倒入容器上半部，之后油/水混合物中的水会在重力作用下穿过该金属网膜进入容器下半部，而油则被截留在了容器上半部。

技术特征：

技术总结
本发明提供了一种话筒状MOFs基油水分离金属网膜及其制备方法，该金属网膜包括铜网、在该铜网表面原位生长的Cu(OH)2和以Cu(OH)2为模板生长的Cu‑CAT‑1(MOFs的一种)。话筒状MOFs基油水分离金属网膜是利用水热法等方法制备的。该金属网膜具有优异的超亲水/水下超疏油性、超强的抗油污性，而且对不同种类的油/水混合物都表现出极好的分离效果，在油/水混合物分离方面有着巨大的应用前景和参考价值。

技术研发人员：薛庆忠;尹莹莹;郭天超;祝磊;乔煦容;李晖;陈保锐
受保护的技术使用者：中国石油大学（华东）
技术研发日：2019.06.10
技术公布日：2019.08.30