疏油涂层材料、油水分离功能材料、其制备方法及用途技术

本发明专利技术公开了一种疏油涂层材料、油水分离功能材料、其制备方法及用途。所述疏油涂层材料包括由两种以上的离子型化合物通过分子间相互作用形成的交联网络结构，且其中至少两种离子型化合物带有相反的电荷。所述油水分离功能材料包括多孔基材以及所述疏油涂层材料，所述疏油涂层材料至少分布在所述基材的表面和通孔孔壁上。本发明专利技术的疏油涂层材料、油水分离功能材料具有超亲水、水下超疏油及低油粘附性的特点，且在酸碱以及多种盐溶液环境下性能稳定，可应用在抗油污染表面、自清洁表面、油/水分离、油水乳液破乳等诸多领域。

Oil-thinning coating material, oil-water separation functional material, preparation method and Application

The invention discloses an oil-thinning coating material, an oil-water separation functional material, a preparation method and application thereof. The oil-thinning coating material comprises a cross-linked network structure formed by the interaction between two or more ionic compounds, and at least two of the ionic compounds have opposite charges. The oil-water separation functional material comprises a porous base material and the oil-thinning coating material, the oil-thinning coating material is at least distributed on the surface of the base material and the porous wall. The oil-thinning coating material and oil-water separation functional material of the invention have the characteristics of super hydrophilicity, underwater super-thinning oil and low oil adhesion, and have stable performance in acid-base and various salt solution environments, and can be applied in many fields such as oil-contaminated surface, self-cleaning surface, oil/water separation, oil-water emulsion demulsification, etc.

【技术实现步骤摘要】
疏油涂层材料、油水分离功能材料、其制备方法及用途
本专利技术属于化学化工、功能材料及纳米
，特别涉及一种离子型的具有超亲水及水下超疏油、超低油粘附力性质的疏油涂层材料，以及基于此疏油涂层材料的油水分离功能材料及其制备方法与用途。
技术介绍
油水混合体系广泛存在于工业生产和居民生活的诸多领域，特别是在石油开采、石油化工、纺织、金属加工、交通运输、能源等行业中。此外，石油泄漏等事故也产生大量的油水混合物。直接排放这些含油废水会造成生态环境的严重破坏，也造成了资源的极大浪费。回收和利用含油废水中的有用相，可以有效地提升资源的利用效率，降低含油废水处理过程中的处理成本。然而这些含油废水成分复杂，极易粘附在材料表面，造成材料表面的污染，使材料的性能丧失，是目前最难以处理的废水之一。传统的油水/乳液分离过程主要基于重力分离、吸油树脂材料吸附、气浮絮凝、机械刮板等技术，其具有分离操作复杂、效率低、能耗高、耗时长、存在二次污染以及成本高等诸多问题。而基于膜分离技术来处理含油废水，其操作简单、效率高、能耗低、耗时短且二次污染少，引起人们的广泛兴趣。然而随着膜分离技术在含油废水处理领域的应用，膜分离通量低以及膜污染成为人们目前急需解决的、制约膜技术在含油废水处理领域进一步应用的主要问题。目前，科学家们通过研究发现，提升膜表面的亲水性可以有效的提升分离膜对于油的抗污染性能以及膜分离通量。目前，为了获得高亲水性的分离膜材料，基于表面微纳结构的超浸润分离膜材料得到了大量的研究。由于膜材料表面微纳结构的存在，能够极大提升分离膜材料的亲水性，使得分离膜呈现超亲水-水下超疏油的特性。然而，这种基于表面微纳结构的超浸润分离膜材料，极易在使用过程中遭受胶体、微生物等的污染，导致膜表面的浸润性质丧失。另外，在分离膜表面构筑微纳结构往往需要复杂的制备过程，工艺复杂，成本较高，难以实现大面积制备。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种具有超亲水、水下超疏油，并且具有超低油粘附力表面的疏油涂层材料及其制备方法。本专利技术的目的之二在于提供一种油水分离功能材料。本专利技术的目的之三在于提供前述疏油涂层材料在分离油水混合体系或表面防护中的用途。为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：本专利技术实施例提供了一种疏油涂层材料，其包括由两种以上的离子型化合物通过分子间相互作用形成的交联网络结构，且其中至少两种离子型化合物带有相反的电荷。在一些实施例中，所述离子型化合物包括一种以上阴离子型化合物以及一种以上阳离子型化合物。本专利技术实施例还提供了前述疏油涂层材料的制备方法，其包括：将包含有一种以上第一离子型化合物的溶液和包含有一种以上第二离子型化合物的溶液交替涂覆在基材上，使一种以上第一离子型化合物及一种以上第二离子型化合物通过分子间相互作用形成交联网络结构，其中至少一种第一离子型化合物和至少一种第二离子型化合物带有相反的电荷。在一些实施例中，所述第一离子型化合物和第二离子型化合物中的任一者为阴离子型化合物，另一者为阳离子型化合物。本专利技术实施例还提供了由前述方法制备的疏油涂层材料。本专利技术实施例还提供了一种油水分离功能材料，其包括多孔基材以及如前述的疏油涂层材料，所述疏油涂层材料至少分布在所述基材的表面和通孔孔壁上。本专利技术实施例还提供了所述的疏油涂层材料于表面防护领域或油水分离领域的用途。本专利技术实施例还提供了一种油水分离方法，其包括：以前述的油水分离功能材料对油水混合体系进行分离。例如，本专利技术实施例还提供了一种油水分离装置，其包括：可供油水混合体系通过的流体通道；以及置于所述流体通道内的、前述的油水分离功能材料。与现有技术相比，本专利技术的优点包括：1)本专利技术提供了一种具有在空气环境超亲水和水下超疏油、超低油粘附性等特点的疏油涂层材料以及油水分离膜，其为水溶性，在pH范围为2～10的酸碱环境下以及在浓度高达1M的各种盐离子溶液中仍能保持稳定，且在水下涂层表面对与水不互溶的油或有机液体具有抗粘附以及抗吸附性能，可应用在石油开采、石化、海洋溢油处理、纺织废水处理等涉及抗油污染表面、自清洁表面、油/水分离、油水乳液破乳等诸多领域；2)本专利技术提供的疏油涂层材料制备工艺简单且制备过程环保无污染，可以在各种不同孔径的衬底膜表面实现构筑本专利技术所公开的疏油涂层材料，且其所制备得到的油水分离膜具有优异的亲水性能以及水下疏油性质，其分离通量高，抗污染性能好，可长时间稳定运行，适宜工业化生产。附图说明图1是本专利技术实施例1所获聚偏氟乙烯微滤膜表面的SEM图片。图2是本专利技术实施例1所获聚偏氟乙烯微滤膜表面元素组成示意图。图3是本专利技术实施例1所获聚偏氟乙烯微滤膜表面组成P元素分布图。图4是本专利技术实施例1所获聚偏氟乙烯微滤膜表面水接触角随时间的变化情况示意图。图5是本专利技术实施例1所获聚偏氟乙烯微滤膜表面在水下对原油粘附力曲线图。图6是本专利技术实施例1所获聚偏氟乙烯微滤膜分离油水乳液时的分离通量随循环次数的变化曲线图。具体实施方式鉴于现有油水分离材料的诸多缺陷，本案专利技术人经长期研究和实践，得以探知本专利技术的技术方案，如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。作为本专利技术技术方案的一个方面，其所涉及的系一种疏油涂层材料，其包括由两种以上的离子型化合物通过分子间相互作用形成的交联网络结构，且其中至少两种离子型化合物带有相反的电荷。其中，所述的疏油涂层材料，其形成过程系多种组份通过分子间静电相互作用，彼此吸引，相互交联，最终形成一个交联网络状结构，具有强亲水/疏油特性。在一些实施例中，所述离子型化合物包括一种以上阴离子型化合物(亦即带负电荷的离子型化合物)以及一种以上阳离子型化合物(亦即带正电荷的离子型化合物)。若所述的带正电荷的离子型化合物(也可以称为A类化合物)为聚乙烯亚胺、壳聚糖和/或壳聚糖衍生物、聚乙烯胺盐酸盐、聚咪唑类离子液体、聚季铵型离子液体、聚二甲基二烯丙基氯化铵、聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯等阳离子型化合物中的一种或几种，但不限于此，则所述的带负电荷的离子型化合物(也可以称为B类化合物)为含有羧酸根或羧酸基团、磷酸根或磷酸基团、膦酸根或膦酸基团、硫酸根或硫酸基团、磺酸根或磺酸基团的化合物或离子等其中的一种或几种，如乙二胺四乙酸、羟基亚乙基二磷酸、三聚磷酸钠、氨基三亚甲基膦酸、二乙烯三胺五亚甲基膦酸、植酸、腐殖酸等，但不限于此。若所述的带负电荷的离子型化合物(也可以称为A类化合物)为聚丙烯酸及其盐类、聚苯乙烯磺酸及其盐类、聚阴离子纤维素类、海藻酸、海藻酸钠等聚阴离子型化合物中的一种或几种时，所述的带正电荷的离子型化合物(也可以称为B类化合物)为钙离子、镁离子、铜离子、二价或多价的金属离子、多元胺类化合物、咪唑类离子液体、季铵型离子液体、超支化聚酰胺等中的一种或几种，但不限于此。进一步的，所述阳离子型化合物和/或所述阴离子型化合物选自水溶性高分子。优选的，所述水溶性高分子的重均分子量为1～100万。本专利技术的疏油涂层材料在空气环境具有超亲水性质、在水下具有超疏油、在水下涂层表面对与水不互溶的油或有机液体具有抗粘附以及抗吸附性能，且具有优异的耐酸碱性及抗盐、性能，例如：(1)所述疏油涂层材料在空气中与水的接触角小于20°，且趋近于0°，在水下与油的接触角大于150°，并且在水下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种疏油涂层材料，其特征在于包括由两种以上的离子型化合物通过分子间相互作用形成的交联网络结构，且其中至少两种离子型化合物带有相反的电荷。

【技术特征摘要】
1.一种疏油涂层材料，其特征在于包括由两种以上的离子型化合物通过分子间相互作用形成的交联网络结构，且其中至少两种离子型化合物带有相反的电荷。2.根据权利要求1所述的疏油涂层材料，其特征在于：所述离子型化合物包括一种以上阴离子型化合物以及一种以上阳离子型化合物；优选的，所述阳离子型化合物包括聚乙烯亚胺、壳聚糖和/或壳聚糖衍生物、聚乙烯胺盐酸盐、聚咪唑类离子液体、聚季铵型离子液体、聚二甲基二烯丙基氯化铵和聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯中的任意一种或两种以上的组合；优选的，所述阳离子型化合物包括金属离子化合物、多元胺类化合物、咪唑类离子液体、季铵型离子液体和超支化聚酰胺中的任意一种或两种以上的组合；优选的，所述金属离子化合物中的金属离子包括二价或多价金属离子；优选的，所述金属离子包括钙离子、镁离子、铜离子中的任意一种或两种以上的组合；优选的，所述阴离子型化合物包括含有羧酸根、羧酸基团、磷酸根、磷酸基团、膦酸根、膦酸基团、硫酸根、硫酸基团、磺酸根和磺酸基团中的任意一种或两种以上离子或基团的离子型化合物；更优选的，所述阴离子型化合物包括乙二胺四乙酸、羟基亚乙基二磷酸、三聚磷酸钠、氨基三亚甲基膦酸、二乙烯三胺五亚甲基膦酸、植酸和腐殖酸中的任意一种或两种以上的组合；优选的，所述阴离子型化合物包括聚丙烯酸和/或聚丙烯酸盐类化合物、聚苯乙烯磺酸和/或聚苯乙烯磺酸盐类化合物、聚阴离子纤维素类化合物、海藻酸和海藻酸钠中的任意一种或两种以上的组合。3.根据权利要求2所述的疏油涂层材料，其特征在于：所述阳离子型化合物和/或所述阴离子型化合物选自水溶性高分子；优选的，所述水溶性高分子的重均分子量为1～100万。4.根据权利要求1-3中任一项所述的疏油涂层材料，其特征在于：所述疏油涂层材料在空气中与水的接触角小于20°，在水下与油的接触角大于150°，并且在水下对油的粘附力小于2μN。5.根据权利要求1-3中任一项所述的疏油涂层材料，其特征在于：所述疏油涂层材料能够耐受pH值为2～10的酸性或碱性条件以及盐浓度在1mol/L以上的高盐环境。6.一种疏油涂层材料的制备方法，其特征在于包括：将包含有一种以上第一离子型化合物的溶液和包含有一种以上第二离子型化合物的溶液交替涂覆在基材上，使一种以上第一离子型化合物及一种以上第二离子型化合物通过分子间相互作用形成交联网络结构，其中至少一种第一离子型化合物和至少一种第二离子型化合物带有相反的电荷。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述第一离子型化合物和第二离子型化合物中的任一者为阴离子型化合物，另一者为阳离子型化合物；优选的，所述阳离子型化合物包括聚乙烯亚胺、壳聚糖和/或壳聚糖衍生物、聚乙烯胺盐酸盐、聚咪唑类离子液体、聚季铵型离子液体、聚二甲基二烯丙基氯化铵和聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯中的任意一种或两种以上的组合；优选的，所述阳离子型化合物包括金属离子化合物、多元胺类化合物、咪唑类离子液体、季铵型离子液体和超支化聚酰胺中的任意一种或两种以上的组合；更优选的，所述金属离子化合物中的金属离子包括二价或多价金属离子；更优选的，所述金属离子包括钙离子、镁离子、铜离子中的任意一种或两种以上的组合；优选的，所述阴离子型化合物包括含有羧酸根、羧酸基团、磷酸根、磷酸基团、膦酸根、膦酸基团、硫酸根、硫酸基团...

【专利技术属性】
技术研发人员：靳健，朱玉长，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32