一种可调润湿性聚合物膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种可调润湿性聚合物膜及其制备方法和应用。所述可调润湿性聚合物膜包括不锈钢网基体和聚吡咯层；所述聚吡咯层为二丁酸二辛酯磺酸掺杂的聚吡咯。所述可调润湿性聚合物膜在氧化还原过程中，滤膜表面的润湿性可以在超疏水和超亲水之间切换。在氧化状态下，可调润湿性聚合物膜表面切换为超疏水状态，有效地分离油包水乳液，而当切换到还原状态时，可调润湿性聚合物膜表面切换为超亲水状态，有效地分离水包油乳液，并且具有良好的水下抗油粘附性能和自清洁能力。

An adjustable wettability polymer film and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种可调润湿性聚合物膜及其制备方法和应用
本专利技术属于水处理
，具体涉及一种可调润湿性聚合物膜及其制备方法和应用。
技术介绍
含油废水主要由石油化工、纺织、工业生产过程和日常生活所产生，引起了全世界的广泛关注。油水混合物和油水乳化液的粒径从纳米到微米不等，与油水混合物相比，特别是在表面活性剂存在的情况下，油水乳化液较难分离。传统的油水分离方法有浮选、重力分离、絮凝分离、电解分离等。虽然大多数传统工艺已用于实际的油水分离，但这些方法仍存在分离效率低、分离速度慢、成本高等缺点。智能材料表面的润湿性可以随着外界刺激的变化而改变，在可控油水分离方面具有广阔的应用前景。外部刺激包括pH、电场、预润湿和光照等。特别是基于刺激响应聚合物的智能表面可以实现对表面润湿性的完美控制，并具备可逆开关的功能。全氟辛烷磺酸掺杂聚吡咯(PPy-PFOS)阵列膜，其水下润湿性可以通过PFOS的电掺杂/脱掺杂来调节。然而，很多可逆润湿材料所使用的是含氟类试剂，具有较长的氟化链(超过6个亚甲基单元)，全氟辛酸(PFOS)和全氟辛烷磺酸等全氟化合物是不可降解的，会在人体和动物体内残留，具有生物蓄积潜力，可能会造成严重的二次污染。CN105727596A公开了一种聚苯胺修饰的多孔材料，该多孔材料通过以下方法制备得到：以0.1M的苯胺-硫酸溶液作为电解质，不锈钢网作为工作电极，铂片电极作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极，在25-35℃恒温条件下采用循环伏安法将聚苯胺包覆生长在不锈钢网的表面，该多孔材料在高表面活性剂水包油乳液和油包水乳液两相分离中的应用。CN110280048A公开了一种无溶剂法制备水下超疏油/油下超疏水纤维膜用于油水乳液分离。该方法的特点是纳米二氧化硅吸附Fe3+后组装到滤纸纤维表面，然后通过气相聚合法沉积聚吡咯。所得多孔纤维膜材料兼具水下超疏油和油下超疏水功能，其是通过传统的重力法分离能够分离纳米级/亚微米级型的油包水型和水包油型的乳液。因此，开发环境友好型材料，使其能够分离各种油水混合物仍然是一个挑战。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种可调润湿性聚合物膜及其制备方法和应用，所述可调润湿性聚合物膜(也称PPy-AOT滤膜)在氧化还原过程中，滤膜表面的润湿性可以在超疏水和超亲水之间切换。在氧化状态下，可调润湿性聚合物膜表面切换为超疏水状态，有效地分离油包水乳液，而当切换到还原状态时，可调润湿性聚合物膜表面切换为超亲水状态，有效地分离水包油乳液，并且具有良好的水下抗油粘附性能和自清洁能力。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种可调润湿性聚合物膜，所述可调润湿性聚合物膜包括不锈钢网(Stainlesssteelwiremesh，SSWM)基体和聚吡咯层；所述聚吡咯层为二丁酸二辛酯磺酸掺杂的聚吡咯。本专利技术在聚吡咯膜中掺杂上述大体积二丁酸二辛酯磺酸阴离子，二丁酸二辛酯磺酸所含的烷基链较多，在氧化还原过程中会发生重新转向，导致膜表面润湿性的切换幅度更大。施加氧化电位时，掺杂的二丁酸二辛酯磺酸阴离子不发生移动，阳离子被交换到溶液中，聚吡咯中链与链之间的距离变短，膜表面粗糙度降低，PPy-AOT膜表面呈超疏水；施加还原电位时，由于二丁酸二辛酯磺酸阴离子体积较大而固定在聚合物中，为了保持电荷平衡，溶液中的阳离子会进入聚合物中，聚吡咯的体积发生膨胀，膜表面粗糙度增加，PPy-AOT膜表面表面呈超亲水。因此可以通过电极电位动态调节电响应在氧化还原过程中，滤膜表面的润湿性可以在超疏水和超亲水之间切换。在氧化状态下，PPy-AOT滤膜可以有效地分离油包水乳液，当切换到还原状态时，PPy-AOT滤膜可以有效地分离水包油乳液。优选地，所述不锈钢网基体的厚度为0.1-1mm，例如可以是0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1mm。优选地，所述不锈钢网的孔径为1-5μm，例如可以是1μm、1.5μm、2μm、2.5μm、3μm、3.5μm、4μm、4.5μm、5μm。若不锈钢网的孔径过大则，在很难在其上沉积均匀致密的聚吡咯层。优选地，所述聚吡咯层覆盖在所述不锈钢网基体的孔壁和表面。优选地，所述聚吡咯层的厚度为1-10μm，例如可以是1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm，优选为4-6μm。优选地，所述二丁酸二辛酯磺酸掺杂的聚吡咯是由吡咯单体和二丁酸二辛酯磺酸盐(掺杂剂)在二吡咯水溶液中聚合而成。优选地，所述吡咯单体和二丁酸二辛酯磺酸盐的摩尔质量比为(1-5):1，例如可以是1:1、2:1、3:1、4:1、5:1，优选为3:1。本专利技术优选上述掺杂比例，在该比例范围内，得到的聚吡咯膜具有更佳的导电性，滤膜表面的润湿性更易在超疏水和超亲水之间进行切换，若二丁酸二辛酯磺酸盐掺杂量过少，会导致薄膜无法达到超疏水或超亲水的程度。优选地，所述所述二丁酸二辛酯磺酸盐为二丁酸二辛酯磺酸钠。优选地，所述二吡咯水溶液的浓度为0.01-0.05mg/mL，例如可以是0.01mg/mL、0.02mg/mL、0.03mg/mL、0.04mg/mL、0.05mg/mL。第二方面，本专利技术提供一种如第一方面所述的可调润湿性聚合物膜的制备方法，所述可调润湿性聚合物膜的制备方法为：通过电化学沉积法在所述不锈钢网基体上沉积聚吡咯层，得到所述可调润湿性聚合物膜。本专利技术中通过电化学沉积法聚合，能够使聚吡咯膜均匀的覆盖在不锈钢网基体上，聚吡咯层更加易于合成，且相对于气相聚合合成的时间更短，还能够进一步提升得到的聚吡咯膜层的均匀和致密性。优选地，所述可调润湿性聚合物膜的制备方法为：将不锈钢网基体置于吡咯单体、二丁酸二辛酯磺酸盐和二吡咯水溶液的混合液中，通过电化学沉积法在所述不锈钢网基体的孔壁和表面沉积聚吡咯层，得到所述可调润湿性聚合物膜。优选地，所述沉积使用三电极体系。优选地，所述三电极体系中，不锈钢网基体作为工作电极，铂片作为对电极，Ag/AgCl电极作为参比电极。优选地，所述沉积的时间为7000-7500s，例如可以是7000s、7100s、7200s、7300s、7400s、7500s，优选为7200s。优选地，所述可调润湿性聚合物膜的制备方法为：将厚度为0.1-1mm、孔径为1-5μm的不锈钢网基体置于吡咯单体、二丁酸二辛酯磺酸盐和二吡咯水溶液的混合液中，所述吡咯单体和二丁酸二辛酯磺酸盐的摩尔质量比为(1-5):1，使用三电极体系进行电化学沉积，所述三电极体系中，不锈钢网基体作为工作电极，铂片作为对电极，Ag/AgCl电极作为参比电极，所述沉积的时间为7000-7500s，在所述不锈钢网基体的孔壁和表面沉积厚度为1-10μm的聚吡咯层，得到所述可调润湿性聚合物膜。第三方面，本专利技术提供一种如第一方面所述的可调润湿性聚合物膜的使用方法，所述使用方法为：在所述可调润湿性聚合物本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可调润湿性聚合物膜，其特征在于，所述可调润湿性聚合物膜包括不锈钢网基体和聚吡咯层；/n所述聚吡咯层为二丁酸二辛酯磺酸掺杂的聚吡咯。/n

【技术特征摘要】
1.一种可调润湿性聚合物膜，其特征在于，所述可调润湿性聚合物膜包括不锈钢网基体和聚吡咯层；
所述聚吡咯层为二丁酸二辛酯磺酸掺杂的聚吡咯。


2.根据权利要求1所述的可调润湿性聚合物膜，其特征在于，所述不锈钢网基体的厚度为0.1-1mm；
优选地，所述不锈钢网的孔径为1-5μm。


3.根据权利要求1或2所述的可调润湿性聚合物膜，其特征在于，所述聚吡咯层覆盖在所述不锈钢网基体的孔壁和表面；
优选地，所述聚吡咯层的厚度为1-10μm，优选为4-6μm。


4.根据权利要求1-3中任一项所述的可调润湿性聚合物膜，其特征在于，所述二丁酸二辛酯磺酸掺杂的聚吡咯是由吡咯单体和二丁酸二辛酯磺酸盐在二吡咯水溶液中聚合而成；
优选地，所述吡咯单体和二丁酸二辛酯磺酸盐的摩尔质量比为(1-5):1，优选为3:1；
优选地，所述所述二丁酸二辛酯磺酸盐为二丁酸二辛酯磺酸钠；
优选地，所述二吡咯水溶液的浓度为0.01-0.05mg/mL。


5.根据权利要求1-4中任一项所述的可调润湿性聚合物膜的制备方法，其特征在于，所述可调润湿性聚合物膜的制备方法为：通过电化学沉积法在所述不锈钢网基体上沉积聚吡咯层，得到所述可调润湿性聚合物膜。


6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述可调润湿性聚合物膜的制备方法为：将不锈钢网基体置于吡咯单体、二丁酸二辛酯磺酸盐和二吡咯水溶液的混合液中，通过电化学沉积法在所述不锈钢网基体的孔壁和表面沉积聚吡咯层，得到所述可调润湿性聚合物膜；
优选地，所述沉积使用三...

【专利技术属性】
技术研发人员：曲久辉，谭笑，胡承志，孙境求，赵凯，芦超杰，
申请(专利权)人：中国科学院生态环境研究中心，
类型：发明
国别省市：北京;11