一种分离膜及其制备方法和应用技术

技术编号:21931109 阅读:21 留言:0更新日期:2019-08-24 11:38
本发明专利技术涉及分离膜领域,公开了一种分离膜、该分离膜的制备方法以及该分离膜在油水分离过程中的应用。该分离膜包括基底和生长在基底上的分离层,其中,所述分离层由无机‑有机配位化合物形成,所述无机‑有机配位化合物中的无机元素选自IVB族元素,所述无机‑有机配位化合物中的有机配体为有机羧酸。本发明专利技术提供的分离膜热稳定性、化学稳定性及耐用性良好,对油水分离的性能优异。

A Separation Membrane and Its Preparation Method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种分离膜及其制备方法和应用
本专利技术涉及分离膜领域,具体涉及一种分离膜、该分离膜的制备方法以及该分离膜在油水分离过程中的应用。
技术介绍
石油作为一种极其重要的能源,在我们的日常生活中发挥着不可替代的作用。随着科学技术的迅速发展,人们在石油的开采与提炼方面取得了巨大的进步,然而不可忽视在开采、运输、生产、使用等过程中出现的环境污染问题,因此,油水分离材料的制备与开发显得尤为重要。20世纪50年代以来,膜分离技术进入工业应用阶段,最开始受到广泛应用的是微滤膜和离子交换膜,接着反渗透、超滤、渗透气化膜也随之出现。在复杂的传统工艺面前,膜分离技术具有明显的优势:能耗低、分离效率高、几乎做到零排放;节省空间、操作简便等,膜分离技术在油水分离方面发挥着重要的作用。对于油水分离膜材料而言,一方面需要根据油水混合物中油珠的大小调节膜孔结构,进而达到油水分离的效果;另一方面,利用固体表面对液体的特殊浸润性,开发出超疏水-亲油膜和超亲水-疏油膜材料。目前,油水分离膜的开发与运用仍然面临巨大的挑战,如:膜材料的大面积制备,膜的高分离性,膜的耐用性等问题。因此获得一个制备方法简单、能够连续大面积进行制备,且分离效率高的膜是非常必要的。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有膜材料大面积制备困难、膜的分离性和膜的耐用性差等方面存在的问题,而提供了一种能够连续制备、方法简单,且分离效率高的分离膜及其制备方法和该分离膜在油水分离过程中的应用。本专利技术的专利技术人经过深入研究发现,采用无机-有机配位化合物形成分离层,以无机金属为中心,有机羧酸为配体,生长在多孔载体上,形成的配位化合物的晶体尺寸均匀,在多孔载体上厚度可达纳米级到微米级,且这种分离膜的合成方法简单易行,易于分离膜的大面积生产,同时膜的热稳定性和化学稳定性良好,对油水分离的性能优异,由此完成了本专利技术。本专利技术提供了一种分离膜,包括基底和生长在基底上的分离层,其中,所述分离层由无机-有机配位化合物形成,所述无机-有机配位化合物中的无机元素选自IVB族元素,所述无机-有机配位化合物中的有机配体为有机羧酸。本专利技术还提供了一种分离膜的制备方法,该方法包括以下步骤:1)在基底表面形成晶种膜;2)在所述晶种膜上二次生长形成分离层。此外,本专利技术还提供了本专利技术的分离膜在油水分离过程中的应用。根据本专利技术的分离膜,以无机金属为中心,有机羧酸为配体,生长在多孔载体上,形成的配位化合物的晶体尺寸均匀,在多孔载体上厚度可达纳米级到微米级,同时该分离膜的制备方法简单易行、可大面积生产,且该分离膜的热稳定性和化学稳定性良好,对油水分离的性能优异。本专利技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明图1为实施例1合成的Zr-H2BDC晶种的X-射线衍射谱图;图2为实施例1合成的Zr-H2BDC晶种的透射电子显微镜谱图;图3为实施例1合成的Zr-H2BDC膜的X-射线衍射谱图;图4为实施例1合成的Zr-H2BDC膜的扫描电子显微镜谱图;图5为实施例1合成的Zr-H2BDC膜的水下油接触角;图6为采用本专利技术分离膜的分离装置图。具体实施方式在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值,这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说,各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间,以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围,这些数值范围应被视为在本文中具体公开。以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术,并不用于限制本专利技术。本专利技术中,“无机-有机配位化合物”是指无机金属中心(单个金属或者金属簇)与有机小分子配体,键连成周期性的网络结构。本专利技术提供了一种分离膜,包括基底和生长在基底上的分离层,其中,所述分离层由无机-有机配位化合物形成,所述无机-有机配位化合物中的无机元素选自IVB族元素,所述无机-有机配位化合物中的有机配体为有机羧酸。在本专利技术中,通过以无机金属元素为中心,有机羧酸为配体,生长在多孔载体上,形成的配位化合物的晶体尺寸均匀,在多孔载体上厚度可达纳米级到微米级,同时该分离膜的制备方法简单易行、可大面积生产,且该分离膜的热稳定性和化学稳定性良好,对油水分离的性能优异。根据本专利技术,所述IVB族元素优选为Ti和/或Zr,更优选为Zr。根据本专利技术,对所述有机羧酸没有特别的限定,优选为二元酸。具体地,所述有机羧酸例如可以为1,4-对苯二甲酸(H2BDC)、4,4’-联苯二甲酸、2,6-萘二甲酸、1,4-萘二甲酸、对三联苯-4,4’-二羧酸和反-1,6-己二烯二酸中的一种或多种;优选地,所述有机羧酸为1,4-对苯二甲酸。另外,所述无机-有机配位化合物中的无机元素与所述无机-有机配位化合物中的无机元素与有机配体的摩尔比优选为1:0.6-1.5,更优选为1:0.8-1.1。在本专利技术的一个优选的实施方式中,所述IVB族元素为Zr,所述有机羧酸为1,4-对苯二甲酸。在本专利技术中,上述有机羧酸还可以为含有功能化基团的各种有机羧酸,优选地,所述有机羧酸含有功能化官能团,所述功能化官能团为-CH3、-F、-Cl、-Br、I、-CHO、-COOH、-COOCH3、-NO2、-NH2、-SO3H、-OH、-COCH3、-COCH2CH3、-COC(CH3)=CH2、-CO-OC(CH3)3、-NHCOCH3、-NHCOCH2CH3、-NHCOC(CH3)=CH2和-NHCO-OC(CH3)3中的一种或多种。根据本专利技术,对所述分离层的厚度没有特别的限定,根据分离需求制备能够满足不同分离需求的厚度,分离层的厚度可以达到纳米级至微米级厚度,优选地,所述分离层的厚度为100nm-50μm;更优选地,所述分离层的厚度为500nm-10μm。对于上述分离层生长的基底没有特别的限定,可以为现有的具有多孔结构的任何载体,例如可以为金属或非金属材料的多孔载体,上述多孔载体包括但不限于不锈钢网、镊网、铜网、铝网、多孔氧化铝和多孔二氧化硅等。对上述基底的孔径也没有特别的限定,优选地,所述基底的孔径为5-80μm。对上述基底的厚度也没有特别的限定,优选地,所述基底的厚度为500nm-3μm,更优选为0.5-2μm。在本专利技术中,所述分离膜的水接触角优选为0-50°,油接触角优选为140-165°。本专利技术还提供了上述分离膜的制备方法,该方法包括以下步骤:1)在基底表面形成晶种膜;2)在所述晶种膜上二次生长形成分离层。在本专利技术的制备方法中,优选地,步骤1)包括:1-1)在有机溶剂存在下,将含有M元素的化合物与所述有机羧酸进行接触反应,并将接触反应后的产物固液分离,得到无机-有机配位化合物晶种,其中,所述M为IVB族元素;1-2)将步骤1-1)得到的无机-有机配位化合物晶种分散于水中,得到水分散液;1-3)将基底放入步骤1-2)制得的水分散液中超声处理后进行干燥。优选地,步骤1-1)中,以M元素计的含有M元素的化合物与有机羧酸的用量摩尔比为1:0.6-1.5,更优选为1:0.8-1.1。另外,步骤1-1)中,相对于1mol的含有M元素的化合物,优选所述有机溶剂的用量为100-1500mol,更优选为100-1000mol,进一步本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分离膜,包括基底和生长在基底上的分离层,其特征在于,所述分离层由无机‑有机配位化合物形成,所述无机‑有机配位化合物中的无机元素选自IVB族元素,所述无机‑有机配位化合物中的有机配体为有机羧酸。

【技术特征摘要】
1.一种分离膜,包括基底和生长在基底上的分离层,其特征在于,所述分离层由无机-有机配位化合物形成,所述无机-有机配位化合物中的无机元素选自IVB族元素,所述无机-有机配位化合物中的有机配体为有机羧酸。2.根据权利要求1所述的分离膜,其中,所述IVB族元素为Ti和/或Zr;所述有机羧酸为1,4-对苯二甲酸、4,4’-联苯二甲酸、2,6-萘二甲酸、1,4-萘二甲酸、对三联苯-4,4’-二羧酸和反-1,6-己二烯二酸中的一种或多种。3.根据权利要求2所述的分离膜,其中,所述IVB族元素为Zr,所述有机羧酸为1,4-对苯二甲酸。4.根据权利要求2所述的分离膜,其中,所述有机羧酸含有功能化官能团,所述功能化官能团为-CH3、-F、-Cl、-Br、I、-CHO、-COOH、-COOCH3、-NO2、-NH2、-SO3H、-OH、-COCH3、-COCH2CH3、-COC(CH3)=CH2、-CO-OC(CH3)3、-NHCOCH3、-NHCOCH2CH3、-NHCOC(CH3)=CH2和-NHCO-OC(CH3)3中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的分离膜,其中,所述分离层的厚度为100nm-50μm;优选地,所述分离层的厚度为500nm-10μm;优选地,所述基底为多孔载体,所述基底的孔径为5-80μm。6.权利要求1-5任意一项所述的分离膜的制备方法,该方法包括以下步骤:1)在基底表面形成晶种膜;2)在所述晶种膜上二次生长形成分离层。7.根据权利要求6所述的制备方法,其中,步骤1)包括:1-1)在有机溶剂存在下,将含有M元素的化合物与所述有机羧酸进行接触反应,并将接触反应后的产物固液分离,得到无机-有机配位化合物晶种,其中,所述M选自IVB族元素;1-2)将步骤1-1)得到的无机-有机配位化合物晶种分散于水中,得到水分散液...

【专利技术属性】
技术研发人员:赵宇鑫薛铭刘全桢张健中陶彬张晓晶
申请(专利权)人:中国石油化工股份有限公司中国石油化工股份有限公司青岛安全工程研究院吉林大学
类型:发明
国别省市:北京,11

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