一种用于油水分离的浸润性微孔滤膜及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于高分子材料科学领域，具体涉及一种用于油水分离的浸润性微孔滤膜及其制备方法与应用。该方法选取了商品化的水处理领域高性能膜材料作为基材，利用钛酸四丁酯的迅速水解能力和十六烷基三甲氧基硅烷的快速水解能力在膜材料上进行改性。改性剂能够在膜表面形成稳定的表面粗糙结构,同时结合其十六烷基三甲氧基硅烷的低表面能，得到具有适当孔径的特殊浸润性膜材料。该制备方法不涉及有毒试剂，工艺简单，无氟化物，对环境友好，适合于工业化大面积生产，对均相稳定的油水乳液具有优异的分离性能，并且在使用过程中具有良好的循环稳定性能。该制备方法适用于聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯和尼龙等膜材料。

【技术实现步骤摘要】
一种用于油水分离的浸润性微孔滤膜及其制备方法与应用
本专利技术属于高分子材料科学领域，具体涉及一种用于油水分离的浸润性微孔滤膜及其制备方法与应用。
技术介绍
近年来与石油相关的事故频发，例如费尔干纳谷溢油事故，墨西哥湾溢油事故和长庆溢油事件等多起溢油事故已将数百万吨原油泄漏入河流和海洋，形成水包油或油包水乳状液，并逐渐变成严重的环境问题。工业和日常生活排放的含油污水中也包含大量的乳状液油水混合物。为有效地遏制油污染，在排放油水混合物及油水乳液之前必须对其进行有效分离。而在交通运输领域，少量分散在燃油中的水会形成油包水乳液，为避免严重的爆炸事故，除去微量水也非常必要。目前，国内外的污油处理方法有电场处理法、热化学处理法、微波处理法、超声波破乳法、特殊浸润性材料筛分法等。其中，超疏水超亲油的材料由于表面水接触角高于150°，对油接触角小于5°并且表面在油下接近超疏水，因此对油/水具有专一选择性，可截留水而使油通过，从而实现油/水混合物的分离。诸如金属网，织物，海绵，滤纸等多孔材料均可改性成超疏水超亲油材料而用于分离油水混合物，但这些材料多数孔径较大，而乳液尺寸一般为几十微米或更低，因此不能用于分离乳液状油水混合物。而市面上膜材料孔径一般为0.2μm到5μm之间，是较为理想的基材。若能将多孔膜基材改性成特殊浸润性膜材料后用于分离油水乳液，将是一种高效率、低能耗、低成本、绿色环保的分离方法，对生态以及实际生活具有重要的意义。
技术实现思路
为了克服现有技术中的缺点和不足，本专利技术的首要目的在于提供一种用于油水分离的浸润性微孔滤膜的制备方法，该方法利用硅烷偶联剂的结合能力，采用熏蒸的方式对膜材料进行预处理，再利用钛酸四丁酯的迅速水解能力和十六烷基三甲氧基硅烷的快速水解能力，配制成均一、透明的铸膜液，将膜材料置于铸膜液中短暂浸泡后，取出晾干即可得到特殊浸润性微孔滤膜。该方法制备工艺简单、材料价格低廉且实验过程中未涉及有毒试剂，适合于工业化生产。本专利技术的另一目的在于提供由上述制备方法得到的用于油水分离的浸润性微孔滤膜，该微孔滤膜具有高强度、高分离效率的特点。本专利技术的再一目的在于提供上述浸润性微孔滤膜在处理均一的油水混合乳液分离过程中的应用，该滤膜的分离性能优异，在油水分离、污水处理及海洋石油泄漏中均具有广泛的工业化应用价值。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种用于油水分离的浸润性微孔滤膜的制备方法，包括如下步骤：将3-氨丙基三乙氧基硅烷溶解在极性有机溶剂中，得到3-氨丙基三乙氧基硅烷溶液，用3-氨丙基三乙氧基硅烷溶液对微孔滤膜进行熏蒸，然后取出微孔滤膜烘干，得到3-氨丙基三乙氧基硅烷微孔滤膜；将十六烷基三甲氧基硅烷和钛酸四丁酯溶解在极性有机溶剂中，得到均一透明的铸膜液，将3-氨丙基三乙氧基硅烷微孔滤膜浸泡在铸膜液中反应成膜，取出，干燥，即得到所述的用于油水分离的浸润性微孔滤膜。优选的，所述的3-氨丙基三乙氧基硅烷溶液中3-氨丙基三乙氧基硅烷和极性有机溶剂的体积比为1:8～1:10。更优选的，所述的3-氨丙基三乙氧基硅烷溶液中3-氨丙基三乙氧基硅烷的浓度为12～18wt.％。优选的，所述的熏蒸的条件为将3-氨丙基三乙氧基硅烷溶液加热至75～95℃对微孔滤膜熏蒸1～7h。优选的，所述的取出微孔滤膜烘干时的烘干条件为在60℃下烘干1～5h。优选的，所述的铸膜液中，十六烷基三甲氧基硅烷和钛酸四丁酯的体积比为1:0.5～1:1.5。优选的，所述的铸膜液中，十六烷基三甲氧基硅烷和极性有机溶剂的体积比为1:12～1:20。更优选的，所述的铸膜液中，十六烷基三甲氧基硅烷的浓度为3～5wt.％。优选的，所述的反应成膜的时长为1～15min。更优选的，所述的反应成膜的时长为10～15min。优选的，所述的干燥的条件为于室温下表干后放入60℃烘箱中处理1～5h。更优选的，所述的干燥的条件为于室温下表干后放入60℃烘箱中处理4～5h。优选的，所述的极性有机溶剂为甲醇、乙醇和异丙醇中的一种或两种以上。优选的，所述的微孔滤膜为聚四氟乙烯微孔滤膜、聚偏氟乙烯微孔滤膜和尼龙微孔滤膜中的一种或两种以上。优选的，所述的微孔滤膜的孔径为0.22μm～0.45μm。本专利技术进一步提供一种由上述制备方法得到的用于油水分离的浸润性微孔滤膜。本专利技术进一步提供上述浸润性微孔滤膜的应用，将所述的浸润性微孔滤膜用于油水分离，分离效率高达99.95％，且该浸润性微孔滤膜可耐受压力达0.1MPa，经过30次重复使用后，分离效率仍维持在99.9％以上，在使用过程中具有优异的循环稳定性。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：1、本专利技术采用3-氨丙基三乙氧基硅烷溶液对微孔滤膜基材进行预处理。3-氨丙基三乙氧基硅烷在加热过程中向上蒸发并与空气中的水分发生水解反应并进一步缩合后沉积在基材表面，3-氨丙基三乙氧基硅烷水解过程中产生的一部分羟基能够与基材表面的羟基结合从而牢固地附着在基材表，然后将微孔滤膜置于烘箱中进行进一步固化处理，可进一步增强3-氨丙基三乙氧基硅烷与基材间的结合力。2、本专利技术选择了具有迅速水解能力的钛酸四丁酯和具有快速水解能力的十六烷基三甲氧基硅烷对微孔滤膜进一步进行疏水处理。其中，钛酸四丁酯和十六烷基三甲氧基硅烷共水解缩合可产生粗糙微结构，并且十六烷基三甲氧基硅烷具有长链烷基，大大降低了材料的表面能，由此制备的浸润性微孔滤膜具有空气相和油相的超疏水性质，其孔径在100nm～400nm间，对乳化剂稳定的均一油水乳液具有优异的分离性能，分离效率高达99.95％，且膜的可耐受压力达0.1MPa，经过30次重复使用后，分离效率仍维持在99.9％以上，在使用过程中具有优异的循环稳定性。3、本专利技术采用的制备方法对基材有普适性，可用于聚四氟乙烯微孔滤膜、聚偏氟乙烯微孔滤膜、尼龙微孔滤膜的改性。此外，该制备方法中不需要酸碱催化，反应时间比传统的溶胶凝胶法大大缩短，采用的材料未涉及氟化物，价格相对低廉。该过程工艺简单，有利于实现工业化生产。附图说明图1为实施例1制备的用于油水分离的浸润性微孔滤膜表面在空气相中与水的接触角图片。图2为实施例1制备的用于油水分离的浸润性微孔滤膜在油相中与水的接触角图片。图3为实施例4中用于油水分离的砂芯过滤装置图。图4为实施例1制备的用于油水分离的浸润性微孔滤膜对油水分离的光学对照图。图5为实施例2制备的用于油水分离的浸润性微孔滤膜对油水分离的光学对照图。图6为实施例3制备的用于油水分离的浸润性微孔滤膜对油水分离的光学对照图。图7为实施例1制备的用于油水分离的浸润性微孔滤膜重复油水分离使用1次、5次、10次、20次和30次后的透过液光学照片。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。实施例1本实施例提供一种用于油水分离的浸润性微孔滤膜及其制备方法。该制备方法如下：(1)量取1ml的3-氨丙基三乙氧基硅烷置于小烧杯中，再往烧杯加入8ml甲醇充分溶解。将小烧杯整体放置入大烧杯中，将0.22um聚偏氯乙烯微孔滤膜过滤面朝下放置在小烧杯杯口，用铝箔纸和塑料袋将大烧杯密封，于95℃的电热板上加热1h后，取出滤膜，于60℃烘箱中处理1h，得到3-氨丙本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于油水分离的浸润性微孔滤膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将3‑氨丙基三乙氧基硅烷溶解在极性有机溶剂中，得到3‑氨丙基三乙氧基硅烷溶液，用3‑氨丙基三乙氧基硅烷溶液对微孔滤膜进行熏蒸，然后取出微孔滤膜烘干，得到3‑氨丙基三乙氧基硅烷微孔滤膜；将十六烷基三甲氧基硅烷和钛酸四丁酯溶解在极性有机溶剂中，得到均一透明的铸膜液，将3‑氨丙基三乙氧基硅烷微孔滤膜浸泡在铸膜液中反应成膜，取出，干燥，即得到所述的用于油水分离的浸润性微孔滤膜。

【技术特征摘要】
1.一种用于油水分离的浸润性微孔滤膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将3-氨丙基三乙氧基硅烷溶解在极性有机溶剂中，得到3-氨丙基三乙氧基硅烷溶液，用3-氨丙基三乙氧基硅烷溶液对微孔滤膜进行熏蒸，然后取出微孔滤膜烘干，得到3-氨丙基三乙氧基硅烷微孔滤膜；将十六烷基三甲氧基硅烷和钛酸四丁酯溶解在极性有机溶剂中，得到均一透明的铸膜液，将3-氨丙基三乙氧基硅烷微孔滤膜浸泡在铸膜液中反应成膜，取出，干燥，即得到所述的用于油水分离的浸润性微孔滤膜。2.根据权利要求1所述的浸润性微孔滤膜的制备方法，其特征在于：所述的3-氨丙基三乙氧基硅烷溶液中3-氨丙基三乙氧基硅烷和极性有机溶剂的体积比为1:8～1:10。3.根据权利要求2所述的浸润性微孔滤膜的制备方法，其特征在于：所述的3-氨丙基三乙氧基硅烷溶液中3-氨丙基三乙氧基硅烷的浓度为12～18wt.％。4.根据权利要求1所述的浸润性微孔滤膜的制备方法，其特征在于：所述的铸膜液中，十六烷基三甲氧基硅烷和钛酸四丁酯的体积比为1:0.5～1:1.5；所述的铸膜液中，十六烷基三甲氧基硅烷和极性有机溶剂的体积比为1:12～1:...

【专利技术属性】
技术研发人员：靳焘，贺立，陈晓丹，曾瑜，马倩，刘瑞，赖华杰，陈玉放，
申请(专利权)人：广州中科检测技术服务有限公司，中科院广州化学有限公司，中国科学院大学，
类型：发明
国别省市：广东,44