多壁碳纳米管自修复膜及其在处理含油废水中的应用制造技术

本发明专利技术公开了多壁碳纳米管自修复膜及其在处理含油废水中的应用，膜的制备包括以下步骤：惰性气体下，将3‑氨基丙基（二乙氧基）甲基硅烷、八甲基环四硅氧烷、六甲基二硅氧烷在碱液中反应，反应结束后加入酸，得到AP‑PDMS；将AP‑PDMS与2‑醛吡啶在溶剂中反应，得到Py‑PDMS；将钴盐溶液与Py‑PDMS溶液混合，得到混合液；然后将改性多壁碳纳米管膜浸入混合液中，再取出干燥，得到多壁碳纳米管自修复膜；将含油废水经过多壁碳纳米管自修复膜，完成含油废水的处理。本发明专利技术的薄膜有着较为优异的分离能力，适合在复杂的环境中实际应用。

【技术实现步骤摘要】
多壁碳纳米管自修复膜及其在处理含油废水中的应用
本专利技术属于功能材料
，具体涉及到一种具有自修复性的超疏水多壁碳纳米管膜材料的制备与应用，具体应用于含油废水油与水的分离。
技术介绍
水污染是一个亟待解决的全球性问题，尤其是含油污水的污染。含油废水主要是由于生活污水和工业废水的排放以及原油的泄漏造成的。这些废水通常含有许多不相容的有机物，这些有机物难以降解并且对人类和环境极其危险。国内外许多专家正在研究含油污水的处理方法。传统的废水处理技术处理周期长，成本高，效果差，这些缺点限制了其发展。现有油水分离并不能满足实际生产生活的需要，如何处理相对稳定的油水混合乳液的分离成为了当务之急。
技术实现思路
本专利技术目的是制备出一种具有自修复性的超疏水碳膜材料，以实现其在污油处理及油水乳液分离方面得到广泛的应用，具体为多壁碳纳米管自修复膜及其制备方法与在处理含油废水中的应用。为了达到上述目的，本专利技术具体技术方案如下：一种多壁碳纳米管自修复膜，其制备方法包括以下步骤：（1）惰性气体下，将3-氨基丙基（二乙氧基）甲基硅烷、八甲基环四硅氧烷、六甲基二硅氧烷在溶剂与碱液中反应，反应结束后加入酸，得到AP-PDMS；（2）将AP-PDMS与2-醛吡啶在溶剂中反应，得到Py-PDMS；（3）将钴盐溶液与Py-PDMS溶液混合，得到混合液；然后将改性多壁碳纳米管膜浸入混合液中，再取出干燥，得到多壁碳纳米管自修复膜。一种处理含油废水的方法，包括以下步骤：（1）惰性气体下，将3-氨基丙基（二乙氧基）甲基硅烷、八甲基环四硅氧烷、六甲基二硅氧烷在碱液中反应，反应结束后加入酸，得到AP-PDMS；（2）将AP-PDMS与2-醛吡啶在溶剂中反应，得到Py-PDMS；（3）将钴盐溶液与Py-PDMS溶液混合，得到混合液；然后将改性多壁碳纳米管膜浸入混合液中，再取出干燥，得到多壁碳纳米管自修复膜；（4）将含油废水经过多壁碳纳米管自修复膜，完成含油废水的处理。本专利技术中，所述改性多壁碳纳米管膜的制备方法为，将多壁碳纳米管膜浸入含有锌盐与咪唑盐的溶液中，静置后取出洗涤、干燥，得到改性多壁碳纳米管膜。优选的，含有锌盐与咪唑盐的溶液中，溶质为乙酸锌与2-甲基咪唑，溶剂为甲醇；乙酸锌、2-甲基咪唑、甲醇、多壁碳纳米管膜的用量比为178mg﹕263mg﹕40mL﹕1g；静置的时间为24小时，用甲醇洗涤，干燥为室温干燥24小时。优选的，多壁碳纳米管膜浸入含有锌盐与咪唑盐的溶液之前经过清洗、酸化；用水、丙酮依次清洗，用0.1M盐酸浸泡10分钟酸化。本专利技术中，步骤（1）中，惰性气体为氩气；反应为在90℃反应3小时，然后除去小分子，再于90℃反应5小时；溶剂为DMSO，碱液为氢氧化钾水溶液，酸为乙酸；3-氨基丙基（二乙氧基）甲基硅烷、八甲基环四硅氧烷、六甲基二硅氧烷、碱液、酸的用量比为1.5g﹕5g﹕1mL﹕0.14mL﹕70mg；优选的，氢氧化钾水溶液中，氢氧化钾的浓度为460～470mg/mL。优选的，加入酸后，减压处理，得到AP-PDMS。本专利技术中，步骤（2）中，AP-PDMS与2-醛吡啶的质量比为1.3﹕0.6；溶剂为四氢呋喃；反应为70℃反应24小时；优选的，反应结束，减压除去溶剂后加入石油醚，再用水萃取，然后将萃取的油层干燥、过滤、烘干，得到Py-PDMS。本专利技术中，步骤（3）中，钴盐溶液中，溶质为氯化钴，溶剂为乙醇；Py-PDMS溶液中，溶质为Py-PDMS，溶剂为四氢呋喃；浸入的时间为10分钟；干燥为室温下放置12小时，然后在40℃下再放置12小时；优选的，干燥后，将膜分别用四氢呋喃和石油醚洗涤，然后在40℃下干燥12小时，得到多壁碳纳米管自修复膜；优选的，氯化钴、乙醇、Py-PDMS、四氢呋喃、改性多壁碳纳米管膜的用量比为2.6mg﹕100μL﹕0.3g﹕10mL﹕1.1g。本专利技术公开了上述多壁碳纳米管自修复膜在制备处理含油废水的材料中的应用，或者在处理含油废水中的应用。优选的，含油废水中的油为甲苯、二甲苯、氯仿、石油醚中的一种或几种。本专利技术多壁碳纳米管（MWCNT）膜分离技术操作简单，制备方便，成本低，可制成致密的多孔膜，这是一种理想的乳液分离基质，通过改性增强乳液分离的性能，提高耐酸碱，且不容易破损，有着较为优异的分离能力，适合在复杂的环境中实际应用。附图说明图1为修饰前和修饰后的MWCNT膜扫描电镜图；图2为多壁碳纳米管自修复膜的润湿性测试图；图3多壁碳纳米管自修复膜的油水乳液分离效果图；图4为多壁碳纳米管自修复膜的循环测试效果图；图5为等离子刻蚀后多壁碳纳米管自修复膜的润湿性测试图；图6为砂纸磨损后多壁碳纳米管自修复膜的润湿性测试图；图7为多壁碳纳米管自修复膜的耐腐蚀测试；图8为多壁碳纳米管自修复膜的耐腐蚀分离测试。具体实施方式本专利技术多壁碳纳米管自修复膜的制备方法，包括以下步骤：（1）惰性气体下，将3-氨基丙基（二乙氧基）甲基硅烷、八甲基环四硅氧烷、六甲基二硅氧烷在溶剂与碱液中反应，反应结束后加入酸，得到AP-PDMS；（2）将AP-PDMS与2-醛吡啶在溶剂中反应，得到Py-PDMS；（3）将钴盐溶液与Py-PDMS溶液混合，得到混合液；然后将改性多壁碳纳米管膜浸入混合液中，再取出干燥，得到多壁碳纳米管自修复膜。实施例一:多壁碳纳米管自修复膜的制备,具体步骤如下：改性多壁碳纳米管（MWCNT）薄膜的合成。首先，精确称量178mg乙酸锌和263mg2-甲基咪唑，分别超声分散在20ml甲醇中，然后将两种溶液混合在一起并充分搅拌5分钟，得到混合溶液。将多壁碳纳米管膜（购自南京先丰纳米材料科技有限公司，型号XFZ14）预先用超纯水和丙酮超声清洗MWCNT膜以除去表面杂质和有机物质，然后通过在0.1M盐酸溶液中浸泡10分钟酸化；再将1g酸化后的MWCNT膜浸入混合溶液中并静置24小时，然后取出MWCNT薄膜，用甲醇洗涤3次，并在室温下干燥24小时，得到改性多壁碳纳米管（MWCNT）薄膜。AP-PDMS的制备。将1.5g（1mmol）3-氨基丙基（二乙氧基）甲基硅烷，5g（2.5mmol）八甲基环四硅氧烷，1ml六甲基二硅氧烷，KOH水溶液（65mgKOH溶于0.14ml水中）和0.10mlDMSO依次加入50ml圆底烧瓶中。在烧瓶中填充保护气体——氩气，然后使溶液在90℃下反应3小时，接着通过减压旋转蒸馏除去混合物中的小分子，然后，将混合物在90℃下进一步搅拌5小时。最后，将混合物冷却至室温后，加入70mg乙酸，再将混合物在60℃下减压处理5分钟，得到5.2g（产率：80％）透明油状物，为AP-PDMS。Py-PDMS的制备。将2.4g的2-醛吡啶和5.2g的AP-PDMS混合到20ml的四氢呋喃中，然后在70℃下反应24小时。反应完成后，减压蒸发溶剂，得到橙色油状物。将橙色油状物溶于15ml石油醚中，然后用15ml超纯水萃取三次。取出油层，用Na2SO4干燥，过滤，然后在60℃下干燥，得到3g（产率50％）澄清的浅橙色油状产物，为Py-PDMS。多壁碳纳米管自修复膜的制备。通过将0.013g氯化钴溶解在0.5ml乙醇中来制备混合溶液1。通过将0.3gPy-PDMS溶解在10mlTHF中来制备混合溶液2。通过将100μl混合溶液1加入到本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多壁碳纳米管自修复膜，其特征在于，所述多壁碳纳米管自修复膜的制备方法包括以下步骤：（1）惰性气体下，将3‑氨基丙基（二乙氧基）甲基硅烷、八甲基环四硅氧烷、六甲基二硅氧烷在溶剂与碱液中反应，反应结束后加入酸，得到AP‑PDMS；（2）将AP‑PDMS与2‑醛吡啶在溶剂中反应，得到Py‑PDMS；（3）将钴盐溶液与Py‑PDMS溶液混合，得到混合液；然后将改性多壁碳纳米管膜浸入混合液中，再取出干燥，得到多壁碳纳米管自修复膜。

【技术特征摘要】
1.一种多壁碳纳米管自修复膜，其特征在于，所述多壁碳纳米管自修复膜的制备方法包括以下步骤：（1）惰性气体下，将3-氨基丙基（二乙氧基）甲基硅烷、八甲基环四硅氧烷、六甲基二硅氧烷在溶剂与碱液中反应，反应结束后加入酸，得到AP-PDMS；（2）将AP-PDMS与2-醛吡啶在溶剂中反应，得到Py-PDMS；（3）将钴盐溶液与Py-PDMS溶液混合，得到混合液；然后将改性多壁碳纳米管膜浸入混合液中，再取出干燥，得到多壁碳纳米管自修复膜。2.根据权利要求1所述多壁碳纳米管自修复膜，其特征在于，所述改性多壁碳纳米管膜的制备方法为，将多壁碳纳米管膜浸入含有锌盐与咪唑盐的溶液中，静置后取出洗涤、干燥，得到改性多壁碳纳米管膜。3.根据权利要求2所述多壁碳纳米管自修复膜，其特征在于，含有锌盐与咪唑盐的溶液中，溶质为乙酸锌与2-甲基咪唑，溶剂为甲醇；乙酸锌、2-甲基咪唑、甲醇、多壁碳纳米管膜的用量比为178mg﹕263mg﹕40mL﹕1g；静置的时间为24小时，用甲醇洗涤，干燥为室温干燥24小时；多壁碳纳米管膜浸入含有锌盐与咪唑盐的溶液之前经过清洗、酸化。4.根据权利要求1所述多壁碳纳米管自修复膜，其特征在于，步骤（1）中，惰性气体为氩气；反应为在90℃反应3小时，然后...

【专利技术属性】
技术研发人员：路建美，陈冬赟，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32