一种用于分离含油污水的金属网膜的制备方法与流程

本发明涉及环保新材料，特别是一种用于分离含油污水的金属网膜的制备方法。

背景技术：

1、由于水和油对表面的不同润湿性，超亲水/超疏油分离膜在含油污水治理领域受到了广泛关注。超亲水/超疏油表面有空气中超亲水/超疏油和超亲水/水下超疏油两种存在方式，其中，空气中超亲水/超疏油材料由于需要达到空气中疏油的效果，需要较为特殊且复杂的微纳粗糙结构，极大地限制了其应用；而超亲水/水下超疏油材料构造相对经济，只要求在其使用前预先用水润湿表面以形成水合层即可。近年来，随着环境污染治理力度的加大，越来越多的超亲水水下疏油分离网膜因其独特的环保性与高效性被应用在含油污水的二级处理中。在实际的污水处理工程中，大量的含油污水在过滤时会对网膜上的涂层形成冲刷剥落效应，但鲜有亲水水下疏油分离网膜将网膜实际的耐磨性考虑进去，导致其实际使用寿命不长，大规模应用受到一定限制，且针对油水分离长期在油水中浸泡的问题，涂层的耐久性也未被考虑进去。

2、美国专利us2019282970-a1提出了一种用于油水分离的超亲水不锈钢膜的制备方法，步骤如下：（1）用丙酮和无水乙醇清洗不锈钢丝网，控制不锈钢膜的表面含氧量不超过7.6%，（2）在一个大气压下、800-1000℃环境下对不锈钢网膜进行退火处理，升温速度为4-6℃/min，退火时间3小时。制得的网膜在空气中的水接触角为0到2度，水下的油接触角为150°-165°，具有超亲水水下超疏油性，油水分离效率＞95%。尽管如此，根据所描述的实例，该超亲水金属网膜在空气中极易氧化失去超亲水性，寿命极低，耐久性差。

3、专利cn107174972a介绍了一种超双亲多孔膜材料及其制备方法和应用，步骤如下：（1）室温下，现将碳纳米管粉体和表面活性剂分散于水中，形成均一混合溶液；（2）向上述混合溶液中加入水性三聚氰胺甲醛树脂溶液，混匀制得所需反应也；（3）将上述反应液刷图或喷涂在干净的多孔基材上，80-120℃干燥固化10-30min，即可制得超双亲油水分离用多孔膜材料。该多孔膜材料具有超双亲性，既可截留水让油通过，也可截留油让水通过，具有双重分离效果。根据所描述的实例，该超亲水金属网膜在在制备过程中采用了有毒的三聚氰胺甲醛树脂，制备过程中存在大量有毒废气、废液排放。

4、专利cn103088227a该发明专利公开了一种油水分离用泡沫铜及其制备方法，选用厚度为1-3mm的三维通孔泡沫铜，孔径尺寸为400-1500um，将其剪成所需尺寸，分别使用丙酮和乙醇在超声环境中清洗，氮气吹干后浸入稀酸中处理，再用稀碱溶液、去离子水洗净吹干；再浸入密闭的浓度为0.1-0.5mol/l、温度为5℃的氨水溶液中12-48h，取出后用清水冲洗并烘干；最后浸泡于硬脂酸修饰液中，80-95℃水浴条件下浸泡30-90分钟，然后再用乙醇涮洗，以去除泡沫铜上未吸附或吸附不牢的硬脂酸分子和其他杂质，最后吹干，即得到长链烷烃分子修饰的泡沫铜，该泡沫铜具有高效油水分离特性。根据所描述的实例，该油水分离泡沫铜制备工艺极其复杂，工序烦多，且三维材料和涂层间的结合均匀性差，附着不紧密。

5、

技术实现思路

1、本发明公开了一种用于分离含油污水的金属网膜的制备方法，本发明利用硅藻土颗粒负载亲水性气相纳米二氧化硅增强网膜涂层的耐磨性，利用环氧树脂与其他亲水性较好的水性树脂进行交联固化增加涂层的耐水性，利用硅烷偶联剂增强二氧化硅颗粒与树脂粘结剂的结合强度，制备出的网膜具有亲水性好、耐磨性好、耐久性优异等特点，可用于油水混合物的高效分离，尤其是分离含油污水超亲水水下超疏油涂层。

2、硅藻土颗粒一般呈具有密集分布孔隙的圆饼状，孔隙尺寸在0.1-10微米，亲水气相二氧化硅颗粒尺寸在7-40nm范围内，在一定的外界环境下进行充分混合，可使亲水性气相二氧化硅颗粒进入硅藻土颗粒孔隙内形成复合粗糙结构。硅藻土颗粒在外力磨损下受到破坏后，裸露的气相纳米二氧化硅颗粒会进一步提高涂层的微观粗糙度从而保证涂层的亲水性，同时选用耐磨性优异的环氧树脂与其他水性树脂进行共混，共同增强超亲水网膜的耐磨性与耐久性。本发明制备出的超亲水水下超疏油金属网膜，解决了超亲水水下疏油分离膜材料在实际使用过程中易出现的涂层剥落失效以及耐磨性不达标导致的耐久性较差的技术问题。

3、解决上述技术问题的技术方案如下：

4、一种用于分离含油污水的金属网膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

5、（1）金属网膜预处理：将金属网膜在乙醇以及盐酸溶液中进行预处理液；所述金属网膜为316不锈钢、铜合金、钛合金、蒙乃尔合金中的任一种；

6、（2）改性硅藻土悬浮液制备：将硅藻土加入至离子水中，30-80℃水浴、300～2600r/min条件下机械搅拌10-30min，获得硅藻土水溶液；将硅藻土水溶液与亲水性气相二氧化硅混合得到改性硅藻土悬浮液；

7、（3）水性涂料制备：将步骤（2）得到的改性硅藻土悬浮液与水性树脂、固化剂以及偶联剂混合获得水性涂料；所述水性环氧树脂是向水性环氧树脂中加入环氧基或烯烃基团的树脂、醇酸树脂、氨基树脂、聚酯树脂、酚醛树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂中的一种或多种，所述固化剂是二乙烯基苯、二异氰酸酯或n,n-亚甲基双丙烯酰胺中的一种，所述偶联剂为硅烷类偶联剂；

8、（4）涂覆超亲水水下超疏油涂层：将步骤（3）得到的水性涂料涂敷在步骤（1）中的金属网膜上得到用于分离含油污水的金属网膜。

9、优选所述的步骤（1）中的预处理为在30-60℃水浴条件下超声清洗。

10、优选所述的步骤（2）中所述亲水性气相二氧化硅与硅藻土的质量比例为（1~5）：1。

11、优选所述的步骤（3）中的偶联剂为kh550偶联剂、kh560偶联剂、kh570偶联剂。

12、优选所述的步骤（3）中水性环氧树脂与改性硅藻土悬浮液的质量比为0.15-0.5：1，固化剂在水性涂料中的质量分数为0.1％～8％。

13、优选所述的步骤（4）是将步骤（3）得到的水性涂料喷涂、刷涂或浸涂在步骤（1）中的金属网膜上，再在60℃-100℃条件下加热固化6-12h，获得金属网膜。

14、所述超亲水水下疏油金属网膜能够被水完全润湿，同时排斥油相，接触到油水混合物后可以让水相通过，拒绝油相进入，具有如下性能：

15、（1）空气中水、油接触角均小于5度，水下油接触角大于150度；

16、（2）所述分离油水混合物的测试方法是指将网膜安装在专用油水分离器具内，倾倒入含油量为500-800ppm的污水，测量滤液的含油量；滤液含油量下降至15ppm，滤液无肉眼可见油品；

17、（3）在ph值1~13的水溶液中浸泡24h，涂层接触角变化量小于5%；

18、（4）将金属网膜样品浸泡于水下6个月，涂层无粉化、脱落现象，外观、颜色也无明显变化，涂层接触角变化量小于5%。

19、有益效果：

20、在含油污水的二级处理中，污水流量和流速较高时对分离网膜的冲刷作用十分明显，同时，分离网膜在安装过程中，其上的部分涂层在外界机械应力的作用下也会出现剥落或磨损，导致网膜的实际使用寿命无法得到保证。目前针对分离网膜耐磨性的研究主要集中在疏水亲油表面上，鲜有提及以水性树脂做粘结剂的超亲水网膜耐磨性及耐久性的优化措施。本发明制备的网膜利用负载上亲水气相纳米二氧化硅的硅藻土颗粒提供微纳分级结构，并结合优选水性树脂的途径提高了超亲水金属分离网膜的耐磨性和耐久性，在含油污水二级处理领域有着广泛的应用前景。

21、本发明提出的一种用于长效分离含油污水含超亲水水下超疏油涂层的金属网膜受到高流速含油污水冲刷时，在外界应力作用下，硅藻土颗粒发生破裂，裸露出其负载的大量纳米二氧化硅颗粒，能够为网膜提供充足的微纳复合粗糙结构，结合优选高粘附力水性树脂，有效保证了网膜在高磨损工况下的润湿性。这样的技术方案为网膜提供了充足的耐磨性能，能够承受100g载荷磨损50次后仍保持超亲水性，同时优选的水性树脂也使得网膜在水中能够连续服役至少6个月，展现了极佳的耐久性能。