一种温度响应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温度响应性油水分离滤纸及其制备方法，是采用浸涂法，将滤纸浸渍于由纳米二氧化硅颗粒、温度响应性聚合物、催化剂和有机溶剂均匀混合的溶液中，超声分散，然后取出自然晾干，再经真空干燥，制得温度响应性油水分离滤纸。本发明专利技术公开的制备方法简单、成本低、稳定性好，制得的滤纸具有温度响应性能，可选择性进行油水分离，对不同的油水混合物都具有良好的分离效果，工业应用前景广阔。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种温度响应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
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，含油污水破坏生态平衡，危害人类健康。对含油污水进行处理，有利于水环境的改善；通过油水分离可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。随着人们对含油水处理和油水分离要求的不断提高，对油水分离技术和材料提出了新的挑战。环境响应性聚合物具有独特的可控亲疏水行为，此类聚合物在外界环境条件变化刺激下可由疏水变为亲水或由亲水变为疏水，这种独特的选择性能使其在表面工程和油水分离器件领域具有广泛的应用前景。中国专利CN105085844A公开了一种用于油水分离的具有温控润湿特性的两嵌段共聚物及其制备方法，共聚物中含聚N-异丙基丙烯酰胺而表现出温度响应的亲疏水性。中国专利CN104531118A公开了一种具有智能特性的纳米驱油剂的制备方法，将温度敏感性聚合物与亲水性聚合物、疏水性聚合物通过共价键接枝到纳米粒子表面，经复配后得到具有温度响应特性的智能纳米驱油剂。中国专利CN1031111096A公开了一种具有水下超疏油性质的响应性油水分离膜及其制备方法，得到的网膜具有温度和pH双重响应特性，实现可控油水分离。中国专利CN104841293A公开了一种具有二氧化碳刺激响应的油水分离纳米纤维膜及其制备方法，可以选择性的进行油水分离。此外，中国专利CN105194907A公开了一种具有pH响应性油水分离铜网的制备方法，中国专利CN105148563A公开了湿度响应性超亲水超疏油油水分离膜及其制备方法，中国专利CN103945924A公开了在水性介质中表现出疏油性和亲油性可转变的表面改性膜和其它表面改性基材。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，制备油水分离材料具有独特优势。迄今为止，以纸为基材制备油水分离材料的报道较少。Wang Suhao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，即得超疏水亲油纸基分离材料。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。尽管上述纸基油水分离材料的制备均涉及到聚合物，但聚合物不具有环境响应性。鉴于环境响应性聚合物在油水分离方面表现出的独特选择性，将其与纸基材料结合，对于智能化油水分离材料的发展可望迈出重要一步，亟待探索。经检索，以纸为基材制备环境响应性油水分离材料尚未见报道。
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温度响应性油水分离滤纸及其制备方法。本专利技术所述温度响应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、温度响应性聚合物、催化剂和有机溶剂均匀混合的溶液中，超声分散，然后取出自然晾干，再经真空干燥，即制得温度响应性油水分离滤纸；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:温度响应性聚合物:催化剂:有机溶剂为1～5:5～50:1～5:50～200进行均匀混合制成；其中：所述的纳米二氧化硅粒径为20～100纳米；所述的温度响应性聚合物为N-异丙基丙烯酰胺与三烷氧基硅烷基(甲基)丙烯酸酯的共聚物，其结构式为：其中R1为H或CH3；R2为OCH3，或OCH2CH3，或OCH2CH2CH3，或OCH2CH2CH2CH3；m＝2～4，x＝1～99，y＝99～1；所述的催化剂是酸性催化剂甲酸、乙酸、乳酸中的一种或其几种任意体积比的混合物，或是碱性催化剂乙胺、乙二胺、三乙胺中的一种或其几种任意体积比的混合物；所述的有机溶剂是四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺、二氯甲烷、二甲基亚砜中的一种或其几种任意体积比的混合物；所述超声分散的方法是：先将混合溶液超声分散60～90分钟，再将滤纸浸渍其中，继续超声分散5～10分钟；所述自然晾干的时间为24～48h；所述真空干燥的方法是：室温条件下真空干燥12～24h。上述温度响应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:温度响应性聚合物:催化剂:有机溶剂为2～4:9～40:2～4:80～150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，所述的温度响应性聚合物为分子量在5～100kDa的聚N-异丙基丙烯酰胺—聚三甲氧基硅丙基甲基丙烯酸酯，所述的催化剂是甲酸、乙酸、乳酸、乙胺、乙二胺或三乙胺，所述的有机溶剂是四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺、二氯甲烷或二甲基亚砜。所述催化剂最优选是三乙胺，所述有机溶剂最优选是四氢呋喃。本专利技术所述制备方法制得的温度响应性油水分离滤纸。本专利技术提供的温度响应性油水分离滤纸实现了温度调控的选择性油水分离，分离效率可达到99.5％以上。该滤纸稳定性好，可重复利用。本专利技术公开的温度响应性油水分离滤纸及其制备方法具有以下特点：(1)提出了一种简单、成本低、节能环保的油水分离材料的制备方法。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，简捷快速，且原料组分配比和实验条件易控制。使用后的滤纸易于处置，可回收重复使用或焚烧，对环境影响小。(2)本专利技术提供的温度响应性油水分离滤纸实现了温度调控的选择性油水分离。由于聚合物中聚N-异丙基丙烯酰胺组分具有温度响应性，在水溶液中其临界最低温度(LCST)为32℃左右。在温度低于32℃，聚N-异丙基丙烯酰胺与水分子形成氢键，聚合物链呈舒展状态，为水溶性，滤纸表面作为通道具有亲水疏油性，即对水“开放”，对油“关闭”，实现油水分离；当温度高于32℃，聚N-异丙基丙烯酰胺与水分子形成的氢键被破坏，聚合物链呈收缩状态，不溶于水，滤纸表面作为通道具有疏水亲油性，即对水“关闭”，对油“开放”，实现油水分离。(3)本专利技术提供的温度响应性油水分离滤纸通过聚合物中的硅烷基团水解后得到的硅羟基与纳米二氧化硅颗粒表面或纸纤维表面的羟基缩合作用，实现聚合物自身交联并与纳米二氧化硅颗粒和纸基材料偶联，有利于提高复合材料的强度。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)温度响应性聚合物PNIPAM-co-PTMOSPMA的制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种温度响应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、温度响应性聚合物、催化剂和有机溶剂均匀混合的溶液中，超声分散，然后取出自然晾干，再经真空干燥，即制得温度响应性油水分离滤纸；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:温度响应性聚合物:催化剂:有机溶剂为1～5:5～50:1～5:50～200进行均匀混合制成；其中：所述的纳米二氧化硅粒径为20～100纳米；所述的温度响应性聚合物为N‑异丙基丙烯酰胺与三烷氧基硅烷基(甲基)丙烯酸酯的共聚物，其结构式为：其中R1为H或CH3；R2为OCH3，或OCH2CH3，或OCH2CH2CH3，或OCH2CH2CH2CH3；m＝2～4，x＝1～99，y＝99～1；所述的催化剂是酸性催化剂甲酸、乙酸、乳酸中的一种或其几种任意体积比的混合物，或是碱性催化剂乙胺、乙二胺、三乙胺中的一种或其几种任意体积比的混合物；所述的有机溶剂是四氢呋喃、N，N‑二甲基甲酰胺、二氯甲烷、二甲基亚砜中的一种或其几种任意体积比的混合物；所述超声分散的方法是：先将混合溶液超声分散60～90分钟，再将滤纸浸渍其中，继续超声分散5～10分钟；所述自然晾干的时间为24～48h；所述真空干燥的方法是：室温条件下真空干燥12～24h。...

【技术特征摘要】
1.一种温度响应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、温度响应性聚合物、催化剂和有机溶剂均匀混合的溶液中，超声分散，然后取出自然晾干，再经真空干燥，即制得温度响应性油水分离滤纸；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:温度响应性聚合物:催化剂:有机溶剂为1～5:5～50:1～5:50～200进行均匀混合制成；其中：所述的纳米二氧化硅粒径为20～100纳米；所述的温度响应性聚合物为N-异丙基丙烯酰胺与三烷氧基硅烷基(甲基)丙烯酸酯的共聚物，其结构式为：其中R1为H或CH3；R2为OCH3，或OCH2CH3，或OCH2CH2CH3，或OCH2CH2CH2CH3；m＝2～4，x＝1～99，y＝99～1；所述的催化剂是酸性催化剂甲酸、乙酸、乳酸中的一种或其几种任意体积比的混合物，或是碱性催化剂乙胺、乙二胺、三乙胺中的一种或其几种任意体积比的混合物；所述的有机溶剂是四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐新德，胡秀颖，韩念凤，庞来学，潘义川，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