本发明专利技术公开了一种用于油水混合物分离的超疏水超亲油纳米纤维膜及其制备方法，将联苯四甲酸二酐和对苯二胺溶解到N,N‑二甲基甲酰胺中，在‑10～‑5℃氮气环境下反应12～24h合成聚酰胺酸溶液；将联苯四甲酸二酐和对苯二胺溶解到N,N‑二甲基甲酰胺中，在‑10～‑5℃氮气环境下反应12～24h合成聚酰胺酸溶液；聚酰胺酸溶液制备成聚酰胺酸纳米纤维膜，然后升温将聚酰胺酸纳米纤维膜亚胺化得到聚酰亚胺纳米纤维膜；最后聚酰亚胺纳米纤维膜依次置于聚二甲基硅氧烷溶液和二氧化硅纳米粒子悬浮液中浸泡，取出干燥后即得。本发明专利技术得到的PDMS‑SNPs/PI膜可以在高温强酸强碱等恶劣情况下正常工作；同时，表面粗糙的纳米结构具有提高了油水分离性能，分离效率可达到98％以上，并且可循环重复使用。
【技术实现步骤摘要】
一种用于油水混合物分离的超疏水超亲油纳米纤维膜及其制备方法
本专利技术涉及纳米纤维膜的改性技术，具体是一种可以在强酸强碱高温等极端条件正常工作的用于油水混合物分离的超疏水超亲油纳米纤维膜及其制备方法。
技术介绍
随着世界人口的增长和科学技术的进步，全世界的用水总量逐年增加。石油废水的比例越来越高。石油污染已经成为全球面临的一个问题，频繁的溢油事故，对环境和人类健康造成严重危害。在石油开采、运输、存储和使用的过程中石油泄漏事件经常发生[2]，不仅导致能源损失和资源浪费，同时对我们长期生存所依赖的生态环境构成威胁。传统的油水分离技术，如撇油、吸附、气浮、离心、化学混凝等，存在分离效率低、能耗高、操作过程复杂、二次污染等缺点。膜分离是处理含油废水最有效的方法，因为其分离效率高，环境友好，操作简单可靠。近年来，具有大表面积和高孔隙率的纳米纤维膜已应用于油水分离，与传统的相转化制备的聚合物膜相比，纳米纤维膜具有几个关键优势，包括极高的孔隙率，重力驱动的过滤能力，并减少结垢倾向。制造纳米纤维的方法有很多种，从大量生产的方法如熔融纤颤和气体喷射技术，到高度精密的方法如纳米石印和自组装。然而，有限的材料范围、可能的纤维组装、成本和生产速度的组合限制了它们的使用。近年来，静电纺丝技术以其相对低的成本和较高的生产速度备受到人们的青睐。大部分用于油水分离的静电纺丝纤维具有超疏水/超亲油的表面。由于纤维表面的疏水性质，分离膜/海绵不易被细菌污染。此外，超疏水/超亲油静电纺丝纤维材料也可以有选择地和高效地从油水混合物中过滤或吸收油。在处理污水时，不可避免的会遇到一些恶劣环境，比如强酸强碱高温等环境，但现有的纤维分离膜难以在这些恶劣极端条件正常使用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种PDMS-SNPs改性的以PI为基底的油水分离纤维膜，有效提高油水分离的分离效率，增强纤维膜的耐受性，以适应恶劣极端条件的使用。为了解决上述技术问题，本专利技术采取的技术方案如下：一种用于油水混合物分离的超疏水超亲油纳米纤维膜的制备方法，包括如下步骤：步骤一：将联苯四甲酸二酐(BPDA)和对苯二胺(PDA)溶解到N,N-二甲基甲酰胺(DMAc)中，在-10～-5℃氮气环境下反应12～24h合成聚酰胺酸(PAA)溶液；步骤二：通过静电纺丝技术将步骤一合成的聚酰胺酸(PAA)溶液制备成聚酰胺酸纳米纤维膜(PAA膜)，然后升温将聚酰胺酸纳米纤维膜(PAA膜)亚胺化得到聚酰亚胺纳米纤维膜(PI膜)；步骤三：将步骤二得的聚酰亚胺纳米纤维膜(PI膜)置于聚二甲基硅氧烷(PDMS)溶液中浸泡，取出然后干燥；步骤四：将步骤三浸泡聚二甲基硅氧烷溶液后的聚酰亚胺纳米纤维膜再置于二氧化硅纳米粒子(SNPs)悬浮液中浸泡，取出干燥后即得。进一步地，步骤一中，所述联苯四甲酸二酐(BPDA)和对苯二胺(PDA)在用于合成聚酰胺酸(PAA)前，需要进行升华提纯处理。优选地，联苯四甲酸二酐(BPDA)和对苯二胺(PDA)的摩尔比为1:1；所述N,N-二甲基甲酰胺(DMAc)的用量为3000～4000ml/mol联苯四甲酸二酐。优选地，步骤二中，静电纺丝的条件为：电压15～40kV，针头流速0.5～1mL/h，针头与飞轮接收器的距离为10～15cm，飞轮接收器转速为1000～2000rpm。所述聚酰胺酸纳米纤维膜(PAA膜)按照1℃/min的升温速率加热到150℃保温1h，然后升温至200℃保温1h，再升温至250℃保温1h，随后升温至300℃保温1h，最后升温至350℃保温0.5h亚胺化得到聚酰亚胺纳米纤维膜(PI膜)。优选地，步骤三中，所述聚二甲基硅氧烷(PDMS)溶液的浓度为0.1～4wt％，优选4wt％。所述聚酰亚胺纳米纤维膜置于聚二甲基硅氧烷溶液中浸泡2～3h，然后取出于60～80℃的真空干燥箱内干燥。优选地，步骤四中，所述二氧化硅纳米粒子(SNPs)悬浮液的浓度为0.1～4wt％，优选2wt％。浸泡聚二甲基硅氧烷溶液后的聚酰亚胺纳米纤维膜再置于二氧化硅纳米粒子悬浮液中浸泡2～3h，然后取出于60～80℃的真空干燥箱内干燥。上述方法制备得到的用于油水混合物分离的超疏水超亲油纳米纤维膜也在本专利技术的保护范围中。有益效果：与现有技术相比，本专利技术实现了在不影响纳米纤维膜其他性能的前提下，得到了可以在高温强酸强碱等恶劣情况下正常工作的具有超疏水润湿性的油水分离膜；同时，表面粗糙的纳米结构具有提高了油水分离性能，此膜的分离效率可达到98％以上，并且经验证，可循环重复使用。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做更进一步的具体说明，本专利技术的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。图1是超疏水性PDMS-SNPs/PI膜制备过程示意图。图2为制备的不同薄膜表面形貌及元素组成图。其中，(a)PDMS/PI膜的SEM图像；(b)PDMS-SNPs/PI膜SEM图像；(c)PDMS-SNPs/PI膜的EDS能谱；(d)PDMS-SNPs/PI膜的元素组成；图3是制备的不同薄膜的表征图。其中，(a)PI膜、PDMS/PI膜、PDMS-SNPs/PI膜的FTIR谱图；(b)PDMS/PI膜和PDMS-SNPs/PI膜的XPS谱图；(c)PDMS/PI膜和PDMS-SNPs/PI膜的XRD谱图；(d)不同浓度改性溶液(PDMS和SNPs)下的水接触角；图4是PDMS-SNPs/PI膜润湿性和分离能力效果图。其中，(a)膜表面同时出现水和油的图像；(b)正己烷滴在膜表面的图像；(c)液滴压在膜表面并从膜表面分离的动态图像；(d)膜在水中吸附油的图；(e)油水分离实验效果图。图5为PDMS-SNPs/PI膜的分离效果图。其中，(a)不同种类油的分离效率；(b)20个周期的通量。图6是制备的不同薄膜的热重图及不同条件下PDMS-SNPs/PI膜的水接触角。其中，(a)PI膜、PDMS/PI膜、PDMS-SNPs/PI膜的TGA；(b)不同温度下的WCA；(c)不同pH值下的WCA；(d)浸泡不同溶液24小时后测量WCA。具体实施方式根据下述实施例，可以更好地理解本专利技术。说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本专利技术可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本专利技术所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本专利技术所揭示的
技术实现思路
所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“前”、“后”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本专利技术可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更
技术实现思路
下，当亦视为本专利技术可实施的范畴。实施例1在干燥四口烧瓶(主要包括机械搅拌器、温度计、N2导出入管)中添加0.01mol的BPDA和0.01mol的PDA，均匀混合。在强烈的机械搅拌下，加入40mlDMAc。通入氮气，保持环境温度为-5℃，反应12小时后，当出现爬杆现象时，将反应暴露在空气中结束反应得到PAA溶液。为了获得聚酰亚胺(PI)膜，首先需要获得PAA膜。PAA溶液在电压为25kV(+15，-10kV)的高压静电场中纺丝，针尖本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于油水混合物分离的超疏水超亲油纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：将联苯四甲酸二酐和对苯二胺溶解到N,N‑二甲基甲酰胺中，在‑10～‑5℃氮气环境下反应12～24h合成聚酰胺酸溶液；步骤二：通过静电纺丝技术将步骤一合成的聚酰胺酸溶液制备成聚酰胺酸纳米纤维膜，然后升温将聚酰胺酸纳米纤维膜亚胺化得到聚酰亚胺纳米纤维膜；步骤三：将步骤二得的聚酰亚胺纳米纤维膜置于聚二甲基硅氧烷溶液中浸泡，取出然后干燥；步骤四：将步骤三浸泡聚二甲基硅氧烷溶液后的聚酰亚胺纳米纤维膜再置于二氧化硅纳米粒子悬浮液中浸泡，取出干燥后即得。
【技术特征摘要】
1.一种用于油水混合物分离的超疏水超亲油纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：将联苯四甲酸二酐和对苯二胺溶解到N,N-二甲基甲酰胺中，在-10～-5℃氮气环境下反应12～24h合成聚酰胺酸溶液；步骤二：通过静电纺丝技术将步骤一合成的聚酰胺酸溶液制备成聚酰胺酸纳米纤维膜，然后升温将聚酰胺酸纳米纤维膜亚胺化得到聚酰亚胺纳米纤维膜；步骤三：将步骤二得的聚酰亚胺纳米纤维膜置于聚二甲基硅氧烷溶液中浸泡，取出然后干燥；步骤四：将步骤三浸泡聚二甲基硅氧烷溶液后的聚酰亚胺纳米纤维膜再置于二氧化硅纳米粒子悬浮液中浸泡，取出干燥后即得。2.根据权利要求1所述的用于油水混合物分离的超疏水超亲油纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述联苯四甲酸二酐和对苯二胺在用于合成聚酰胺酸前，需要进行升华提纯处理。3.根据权利要求1所述的用于油水混合物分离的超疏水超亲油纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，步骤一中，联苯四甲酸二酐和对苯二胺的摩尔比为1:1；所述N,N-二甲基甲酰胺的用量为3000～4000ml/mol联苯四甲酸二酐。4.根据权利要求1所述的用于油水混合物分离的超疏水超亲油纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，步骤二中，静电纺丝的条件为：电压15～40kV，针头流速0.5～1mL/h，针头与飞轮接收器的距离为10～15cm，飞轮接收器转速为10...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄超伯，崔佳欣，张梦洁，马文静，吴书天，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32
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