一种超亲水性油水分离滤纸及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种超亲水性油水分离滤纸的制备方法，是采用浸涂法，将滤纸浸渍于由纳米二氧化硅颗粒、硅烷偶联剂、催化剂、无水乙醇和去离子水均匀混合的溶液中，超声分散，然后取出自然晾干，即得超亲水性油水分离滤纸。本发明专利技术所述的滤纸制备方法简单，原料通用易得，稳定性好，制得的超亲水性油水分离滤纸孔隙通透率高，可应用于油水混合物分离和含油污水处理等领域，分离效率可达到99.5％以上，工业化生产及应用前景广阔。

【技术实现步骤摘要】
一种超亲水性油水分离滤纸及其制备方法
本专利技术涉及一种超亲水性油水分离滤纸及其制备方法，属于有机无机复合功能材料

技术介绍
生产生活含油污水的大量排放和海上原油泄漏事故的发生，对油水分离技术和材料提出了更高的要求。含油废水主要来自石油开采、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。向环境中排放的含油污水，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，通过油水分离也可以去除成品油中的水分等杂质，提高油品质量。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，已经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。在保持高油水分离效率的前提下，利用通用材料，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是该领域的发展方向。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。WangSuhao等(Appl.Mater.Inter.，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。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，利用硅烷化试剂对二氧化硅纳米粒子溶胶进行改性，将滤纸浸泡其中自然晾干，得到超疏水亲油纸基分离材料。而以纸基材料制备超亲水材料的报道更少，中国专利CN104492276A公开了一类用于强酸、强碱、高盐环境下的油水分离膜的制备方法，以滤纸为可支撑多孔基底，将其与含羟基的亲水性聚合物共交联，得到具有多重网络结构的水凝胶包覆的滤纸网膜。上述油水分离膜的制备方法普遍存在工艺复杂、步骤繁琐等问题，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。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种超亲水性油水分离滤纸及其制备方法。本专利技术所述超亲水性油水分离滤纸的制备方法，是采用浸涂法，将滤纸浸渍于由纳米二氧化硅颗粒、硅烷偶联剂、催化剂、无水乙醇和去离子水均匀混合的溶液中，超声分散，然后取出自然晾干，即制得超亲水性油水分离滤纸；其特征在于：所述滤纸为平均孔径为1～50微米的普通中速定性或定量滤纸；所述的混合溶液是按重量比计，将纳米二氧化硅颗粒:硅烷偶联剂:催化剂:无水乙醇:去离子水为1～5:1～5:1～5:50～200:1～5进行均匀混合制成；其中：所述的纳米二氧化硅粒径为40～60纳米；所述硅烷偶联剂的化学结构式为RSi(OR1)3，其中R为-CH2CH2CH2(OCH2CH2)nOH或-CH2CH2CH2(OCH2CH2)nOCH3，n＝1～200；R1为-O(CH2)mCH3，m＝0～9；所述的催化剂是酸性催化剂盐酸、硫酸、甲酸、乙酸、乳酸中的一种或其几种任意体积比的混合物，或是碱性催化剂氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、乙胺、乙二胺、三乙胺中的一种或其几种任意重量比的混合物；所述超声分散的方法是：先将混合溶液超声分散30～60分钟，再将滤纸浸渍其中，继续超声分散3～5分钟。上述超亲水性油水分离滤纸的制备方法中：所述的混合溶液优选是按重量比计，将纳米二氧化硅颗粒:硅烷偶联剂:催化剂:无水乙醇:去离子水为2～4:2～4:2～4:80～150:2～4进行均匀混合制成；其中：所述硅烷偶联剂是偶联剂4140，即聚乙二醇三甲氧基硅丙基醚；所述的催化剂是酸性催化剂盐酸、硫酸、甲酸、乙酸或乳酸，或是碱性催化剂氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、乙胺、乙二胺或三乙胺。进一步的，上述超亲水性油水分离滤纸的制备方法中，所述催化剂优选是三乙胺。本专利技术所述制备方法制得的超亲水性油水分离滤纸。利用本专利技术方法处理后的滤纸表面的超亲水组分可与水分子作用形成水化层，抑制蛋白质吸附和其他有机物的附着，具有自净功能，可重复利用，并可实现油水混合物快速有效分离，分离效率可达到99.5％以上。本专利技术公开的超亲水性油水分离滤纸及其制备方法具有以下特点：(1)提出了一种工艺简单、成本低、节能环保的油水分离材料的制备方法；(2)利用普通滤纸，通过浸涂法一步得到超亲水性油水分离滤纸，快捷方便；(3)原料组分配比和实验条件易控制，可实现一系列超亲水性油水分离滤纸的制备；(4)经处理后的滤纸表面的超亲水组分可与水分子作用形成水化层，抑制蛋白质吸附和其他有机物的附着，具有自净功能；(5)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专利技术，下列实施例将对本专利技术作进一步阐述。这些实施例具有一定的代表性，不能囊括所有实例，仅用于更加清楚地说明本专利技术，而不用于限制本专利技术的范围。实施例1(1)以重量比计，将0.5g纳米二氧化硅颗粒、0.5mL硅烷偶联剂4140、0.25mL三乙胺、10mL无水乙醇、0.5mL去离子水混合，超声30min至均匀分散；(2)将中速定性滤纸(平均孔径30～50nm)完全浸渍于混合液中，超声分散3min。将滤纸取出，自然晾干，即得到具有超亲水性油水分离滤纸。经测定：该滤纸与水的接触角小于5°，水下与石油醚(沸点60～90℃)的接触角为152°。(3)采用普通过滤装置进行油水分离，把超亲水性油水分离滤纸折叠成漏斗状置入过滤漏斗中。将石油醚(沸点60～90℃)和去离子水按体积比1:2的比例混合，超声分散成油水混合物，快速倒入滤纸内，可实现油水混合物快速有效分离，分离效率可达到99.5％以上。该滤纸稳定性好，具有自净功能，可重复利用。实施例2(1)以重量比计，将0.5g纳米二氧化硅颗粒、0.5mL硅烷偶联剂4140、0.25mL三乙胺、10mL无水乙醇、0.5mL去离子水混合，超声30min至均匀分散；(2)将中速定性滤纸(平均孔径8～11nm)完全浸渍于混合液中，超声分散5min。将滤纸取出，自然晾干，即得到具有超亲水性油水分离滤纸。经测定：该滤纸与水的接触角小于5°，水下与石油醚(沸点60～90℃)的接触角为155°。(3)采用普通过滤装置进行油水分离，把超亲水性油水分离滤纸折叠成漏斗状置入过滤漏斗中。将石油醚(沸点60～90℃)和去离子水按体积比1:2的比例混合，超声分散成油水混合物，快速倒入滤纸内，可实现油水混合物快速有效分离，分离效率可达到99.5％以上。该滤纸稳定性好，具有自净功能，可重复利本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超亲水性油水分离滤纸的制备方法，是采用浸涂法，将滤纸浸渍于由纳米二氧化硅颗粒、硅烷偶联剂、催化剂、无水乙醇和去离子水均匀混合的溶液中，超声分散，然后取出自然晾干，即制得超亲水性油水分离滤纸；其特征在于：所述滤纸为平均孔径为1～50微米的普通中速定性或定量滤纸；所述的混合溶液是按重量比计，将纳米二氧化硅颗粒:硅烷偶联剂:催化剂:无水乙醇:去离子水为1～5:1～5:1～5:50～200:1～5进行均匀混合制成；其中：所述的纳米二氧化硅粒径为40～60纳米；所述硅烷偶联剂的化学结构式为RSi(OR1)3，其中R为‑CH2CH2CH2(OCH2CH2)nOH或‑CH2CH2CH2(OCH2CH2)nOCH3，n＝1～200；R1为‑O(CH2)mCH3，m＝0～9；所述的催化剂是酸性催化剂盐酸、硫酸、甲酸、乙酸、乳酸中的一种或其几种任意体积比的混合物，或是碱性催化剂氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、乙胺、乙二胺、三乙胺中的一种或其几种任意重量比的混合物；所述超声分散的方法是：先将混合溶液超声分散30～60分钟，再将滤纸浸渍其中，继续超声分散3～5分钟。

【技术特征摘要】
1.一种超亲水性油水分离滤纸的制备方法，是采用浸涂法，将滤纸浸渍于由纳米二氧化硅颗粒、硅烷偶联剂、催化剂、无水乙醇和去离子水均匀混合的溶液中，超声分散，然后取出自然晾干，即制得超亲水性油水分离滤纸；其特征在于：所述滤纸为平均孔径为1～50微米的普通中速定性或定量滤纸；所述的溶液是按重量比计，将纳米二氧化硅颗粒:硅烷偶联剂:催化剂:无水乙醇:去离子水为1～5:1～5:1～5:50～200:1～5进行均匀混合制成；其中：所述的纳米二氧化硅颗粒粒径为40～60纳米；所述硅烷偶联剂的化学结构式为RSi(OR1)3，其中R为-CH2CH2CH2(OCH2CH2)nOH或-CH2CH2CH2(OCH2CH2)nOCH3，n＝1～200；R1为-O(CH2)mCH3，m＝0～9；所述的催化剂是酸性催化剂盐酸、硫酸、甲酸、乙酸、乳酸中的一种或其几种任...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐新德，潘义川，庞来学，韩念凤，胡秀颖，周德杰，
申请(专利权)人：山东交通学院，
类型：发明
国别省市：山东;37