超疏水超亲油过滤膜及其制备方法和使用技术

本发明专利技术涉及一种超疏水超亲油过滤膜，包括多孔网状基底，多孔网状基底的表面沉积有无定形碳薄膜，无定形碳薄膜的外侧修饰有二氧化硅，二氧化硅的表面修饰有疏水层。本发明专利技术还公开了其制备方法：烘烤多孔网状基底的表面，使其表面沉积无定形碳薄膜；采用气相沉积法使前驱体在催化剂的作用下发生水解反应，得到二氧化硅并使二氧化硅沉积到多孔网状基底的表面上；使用疏水处理剂处理多孔网状基底的表面。本发明专利技术还要求保护一种超疏水超亲油过滤膜的过滤方法：提供一流体输送管，流体输送管的侧壁采用超疏水超亲油过滤膜；将待分离的油水混合物从流体输送管的入口端通入并沿所述流体输送管流动；分别从流体输送管的下方和出口端收集分离后的油和水。

Super hydrophobic super lipophilic filter membrane and preparation method and use thereof

The invention relates to a super hydrophobic membrane, including porous substrate, porous substrate with surface deposition of amorphous carbon films outside modified amorphous carbon films with silica, silica coated with a hydrophobic layer. The invention also discloses a method for preparing porous substrate: baking surface, the surface deposition of amorphous carbon films by vapor phase deposition method; precursor hydrolysis reaction in the presence of catalyst to obtain silica and make surface silica deposition to porous substrate; surface treatment agent using hydrophobic porous processing the reticular basement. The present invention also claimed a super hydrophobic membrane filtration method: provide a fluid conveying pipe, the side wall of the fluid conveying pipe superhydrophobic and superoleophilic filter; entrance will be separated from the oil-water mixture fluid conveying pipe end and the fluid flow along the conveying pipe below; and the outlet of the fluid conveying pipe end respectively from the collection after the separation of oil and water.

【技术实现步骤摘要】
超疏水超亲油过滤膜及其制备方法和使用
本专利技术涉及油水材料分离领域，尤其涉及一种超疏水超亲油过滤膜及其制备方法和使用。
技术介绍
随着工业含油废水排放、海洋水污染和频繁的油泄漏事件的增长，油水分离已经变成一个世界性的问题。传统的分离方法如重力分离、离心分离、电浮选以及吸收剂法虽能分离不混溶油水混合物，但存在着效率低、选择性差且不适用于油水乳液分离的缺点。基于聚合物的过滤薄膜能够进行乳液的分离，但存在着易降解、通量低、易堵塞等缺点。过滤式油水分离网或薄膜通常采用上下平膜分离的方法过滤分离油水混合物，由于水的密度通常大于油的密度，水层的积聚会阻碍油的渗透，影响分离效果。目前，极端润湿性在油水分离领域引起了人们极大的兴趣，并且制备出超疏水-超亲油海绵以实现油水分离。其原理是将油在表面铺展且渗透过去，而水滴则成球状被阻挡在上面。这种表面具有特殊的性能，例如优异的吸收能力，快速的吸收动能和优异的循环利用性，因此可以高效、快速的进行油水分离。但由于超疏水-超亲油海绵吸油之后需要后处理释放吸收的油污，并对海绵进行清洗以便重复利用。这种释放和清洗过程通常需要能量的消耗，并且易造成二次污染。综上所述，传统分离方法分离效率低、易造成二次污染，且不适合油水乳液的分离。而超疏水-超亲油聚合物海绵存在分离耗时长、挤压以及蒸馏油恢复花费大的问题。因此需要一种效率高、选择性高且稳定性好的油水分离技术来解决这个难题。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种超疏水超亲油过滤膜及其制备方法和使用，本专利技术制备的超疏水-超亲油滤膜仅需一步就可实现油水的完全分离，不需要外力辅助也不需要后处理；本文提供的管式油水分离方法，彻底解决了现有超疏水-超亲油平膜上下过滤式分离技术中水层的积聚对油渗透的干扰。在一方面，本专利技术提供了一种超疏水超亲油过滤膜，包括多孔网状基底，多孔网状基底的表面沉积有无定形碳薄膜，无定形碳薄膜的外侧修饰有二氧化硅，二氧化硅的表面修饰有疏水层。进一步地，多孔网状基底为铜网、铁网或镍网。进一步地，无定形碳为炭黑。在另一方面，本专利技术还提供了一种上述超疏水超亲油过滤膜的制备方法，包括以下步骤：(1)烘烤多孔网状基底的表面，使其表面沉积无定形碳薄膜；(2)采用气相沉积法使前驱体在催化剂的作用下，在500-700℃下发生水解反应，得到二氧化硅并使二氧化硅沉积到步骤(1)得到的多孔网状基底的表面上；(3)采用气相沉积法，使用疏水处理剂处理步骤(2)得到的多孔网状基底的表面，得到超疏水超亲油过滤膜。进一步地，在步骤(1)中，多孔网状基底为铜网、铁网或镍网。多孔网状基底具有微米级网孔。多孔网状基底的作用一是为了承载后续炭黑和二氧化硅的沉积；二是其金属材质具有优异的机械性能，能增强滤膜的机械强度和耐磨擦性；三是其具有的微米网孔结构，提供了微米级粗糙度，增强滤膜的疏水亲油性能。进一步地，在步骤(1)中，无定形碳为炭黑。其作用一是作为一种多孔模板，能够在沉积二氧化硅时诱捕二氧化硅颗粒，加快二氧化硅在表面的沉积；二是其具有微观尺度结构，增加了薄膜的粗糙度，使最后形成的薄膜具有超疏水超亲油性能。进一步地，在步骤(2)中，前驱体为正硅酸乙酯或四氯化硅。进一步地，在步骤(2)中，催化剂为酸或碱。优选地，催化剂为盐酸或氨水。进一步地，在步骤(2)中，气相沉积时使用的载气为氮气或氩气。进一步地，在步骤(2)中，二氧化硅在本专利中是构建粗糙结构的基本材料。由于二氧化硅含量广，并且具有优异的机械性能、热稳定性、化学惰性和环境友好型，因此本申请选择二氧化硅作为构建材料，既能简单廉价的构建薄膜，又能增强薄膜的机械性能、热稳定性和耐化学腐蚀性，增强超疏水超亲油滤膜的适用范围和使用寿命。进一步地，在步骤(3)中，疏水处理剂为六甲基二硅氧烷、甲基三乙氧基硅烷和正十八硫醇中的一种或几种。进一步地，在步骤(3)中，气相沉积法的温度为500-700℃。在又一方面，本专利技术还提供了一种超疏水超亲油过滤膜的过滤方法，采用上述超疏水超亲油过滤膜，包括如下步骤：(1)提供一流体输送管，流体输送管的侧壁采用超疏水超亲油过滤膜；(2)将待分离的油水混合物从流体输送管的入口端通入并沿流体输送管流动；(3)分别从流体输送管的下方和出口端收集分离后的油和水。进一步地，在步骤(1)中，所述流体输送管的形状为水平放置的直线型管、S型弯管、螺旋形管、U型管、V型管或L型管。进一步地，油水混合物通过流体输送管的速度为0-3L/min。速度会影响分离效果，当输送管长度固定时，流体的流速必须保持在一定范围内。当流速超过这个范围时，由于油水混合物未能被网管完全分离即被输运走，因此分离效率会降低。借由上述方案，本专利技术至少具有以下优点：本专利技术的超疏水超亲油过滤膜的制备方法，采用高温诱导的炭黑模板辅助化学气相沉积法，通过一步直接在多孔网状基底上制备了交联网状类蛛网结构，既能实现不混溶油水混合物的分离，也能实现油水乳液的分离。该方法简单、制备灵活、并且易于规模化生产，适用于实际的生产需要。本专利技术提供的高温气相沉积二氧化硅方法不仅能加快二氧化硅的产生速度，加快制备过程，且高温环境能使二氧化硅之间熔接在一起，增强薄膜的机械性能。本专利技术提供了一种上述超疏水超亲油过滤膜在管式油水分离方法中的应用，结合本专利技术制备的超疏水超亲油过滤膜，利用管式过滤方法，解决了超疏水超亲油过滤膜过滤时高密度水层对低密度油渗透的阻挡，克服传统分离技术分离效率低、选择性差和易二次污染的问题。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合附图详细说明如后。附图说明图1是本专利技术超疏水超亲油过滤膜制备过程示意图；图2是烘烤炭黑过程以及烘烤炭黑前后的铜网示意图；图3是化学气相沉积过程示意图以及二氧化硅修饰的铜网照片；图4是采用HDMS对铜网表面进行修饰的示意图以及得到的超疏水超亲油过滤膜的照片；图5是本专利技术制备的超疏水超亲油过滤膜的SEM照片；图6是使用本专利技术制备的超疏水超亲油过滤膜过滤油水混合物的实验装置图；图7是管式油水分离的原理图；图8是基于本专利技术制备的管式油水分离装置结构示意图。附图标记说明：1-油水分离管道；2-抽水泵；3-污水进口；4-排水管；5-集油槽；6-油滴；7-铜网。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。实施例1超疏水超亲油过滤膜的制备图1为本专利技术超疏水超亲油过滤膜制备过程示意图，其具体操作步骤如下：使用铜网作为多孔网状基底，将其置于火焰上方烘烤炭黑，当铜网表面完全变黑后停止烘烤。参见图2，图2a为烘烤炭黑的示意图，图2b为未烘烤炭黑的铜网照片，图2c为烘烤炭黑后的铜网照片；从图中可看出，烘烤炭黑后，铜网变黑，但是使用手指轻轻触碰变可使炭黑与铜网分离(图2c)。然后将沉积了炭黑薄膜的铜网放在化学气相沉积(CVD)炉内，利用氮气将正硅酸乙酯(TEOS)和氨水(NH4·OH)通入炉内进行反应，500℃下反应60分钟，得到二氧化硅修饰的铜网。图3a为化学气相沉积过程的示意图，图3b为二氧化硅修饰的铜网照片。图3反映了二氧化硅修饰铜网后，其机械性能得到提高。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超疏水超亲油过滤膜，其特征在于：包括多孔网状基底，所述多孔网状基底的表面沉积有无定形碳薄膜，所述无定形碳薄膜的外侧修饰有二氧化硅，所述二氧化硅的表面修饰有疏水层。

【技术特征摘要】
1.一种超疏水超亲油过滤膜，其特征在于：包括多孔网状基底，所述多孔网状基底的表面沉积有无定形碳薄膜，所述无定形碳薄膜的外侧修饰有二氧化硅，所述二氧化硅的表面修饰有疏水层。2.根据权利要求1所述的超疏水超亲油过滤膜的制备方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述多孔网状基底为铜网、铁网或镍网。3.根据权利要求1所述的超疏水超亲油过滤膜的制备方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述无定形碳为炭黑。4.一种根据权利要求1-3中任一项所述的超疏水超亲油过滤膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)烘烤多孔网状基底的表面，使其表面沉积无定形碳薄膜；(2)采用气相沉积法使前驱体在催化剂的作用下，在500-700℃下发生水解反应，得到二氧化硅并使所述二氧化硅沉积到步骤(1)得到的多孔网状基底的表面上；(3)使用疏水处理剂处理步骤(2)得到的多孔网状基底的表面，得到所述超疏水超亲油过滤膜。5.根据权利要求4所述的超疏水超亲油过滤膜的制备方法，其特征在于：在步骤(2)中，所述前驱体为正硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：石震武，张锋，吴竹慧，徐成云，彭长四，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32