一种磁响应油水分离膜及其制备方法和自清洁方法技术

本发明专利技术提供了一种磁响应油水分离膜及其制备方法和自清洁方法，所述磁响应油水分离膜包括基膜以及化学接枝在基膜表面的磁性复合纳米颗粒。本发明专利技术提供的油水分离膜可以利用外加磁场的周期型转变实现膜表面的自清洁；同时，本发明专利技术提供的油水分离膜可以很好的阻止油大分子与膜接触通道接触污染孔道，因而可以使油水分离膜保持一定的膜通量以及分离效率稳定，具有良好的应用前景。

A magnetic response oil-water separation membrane and its preparation and self-cleaning method

【技术实现步骤摘要】
一种磁响应油水分离膜及其制备方法和自清洁方法
本专利技术属于油水分离领域，涉及一种磁响应油水分离膜及其制备方法和自清洁方法，特别是一种用于乳化油水分离的磁响应油水分离膜及其制备方法和自清洁方法。
技术介绍
生产生活中含油污水的排放对水体造成的污染日益严重，生产生活中排放的污水主要包括含油的污水和含水的废油，因此对油水的分离在社会生产和人们的日常生活中有着广泛的应用需求。聚合物膜分离技术是一种新型的分离技术，它处理过程简单，能耗低，便于自动化控制，广泛的应用于饮用水净化、废水处理和物料分离提取领域。制备高效过滤介质最直接的方法就是在过滤材料中使用纳米尺寸的纤维。静电纺丝技术是新兴的制造纳米纤维的重要技术之一，其制造装备简单、操作方便，制造成本廉价、取材便宜、产品具有可控性，可实现工业化生产等优点，成为众人热衷的对象。用静电纺丝法制得的纤维比传统纺丝方法细得多，直径一般在数十纳米到数百纳米之间，所纺纳米纤维具有较高的比表面积、孔隙率、纤维的精细程度与均一性高、长径比大等优点。在生物医学组织工程材料、过滤材料、催化剂载体材料等领域有着重要的应用。现有的高分子膜材料按照其亲疏水性大致可以分为两类：一类是疏水性膜材料，常用的疏水性膜有聚乙烯、聚偏二氟乙烯或聚四氟乙烯等；疏水性膜机械强度高，受表面活性剂影响小，相对亲水膜耗能低，并且初始通量较高，利于油水分离，但是由于疏水性膜材料亲水能力差，不能在膜表面形成有效地阻碍油滴到达膜表面的“水化层”，导致油滴以及其他杂质大量的吸附在膜表面上，膜污染严重，通量衰减快，膜难于清洗。另一类是亲水性膜材料，例如纤维素以及其各种衍生物、聚乙烯醇等，虽然良好的亲水性有利于降低操作过程中的膜污染，但另一方面亲水性过高，膜易溶解，成膜过程中会降低相转化过程中溶剂与非溶剂的相互扩散作用，从而造成膜表皮层过厚，孔隙率低，通量极低，不适合实际的工业化应用。同时，传统的油水分离膜，在分离油水过程中，会出现不同程度的膜污染现象，不仅会降低膜通量，使油水分离的效率下降，也会增加膜分离的成本。将磁性颗粒接枝到高分子膜上，用于油水分离的过程，可以有效的实现膜的抗污染性。CN108840400A公开了一种磁性油水分离膜，所述磁性油水分离膜采用废溶剂诱导相分离发泡技术及两步法制备了聚酰亚胺复合微孔薄膜，在经过表面硅烷化制备而成，该专利申请提供的油水分离膜可实现油水分离，但是其并未关注其抗污染性。CN110424099A公开了一种用于油水分离的多级复合纳米纤维膜及其制备方法，制备方法为将聚合物溶解于溶剂中，得到纺丝液；对纺丝液进行静电纺丝得到聚合物纳米纤维膜；将聚合物纳米纤维膜进行改性处理，得到改性纳米纤维膜，其中改性处理为酸处理或碱处理；将改性纳米纤维膜在植酸溶液中浸渍一段时间后，加入金属离子溶液，继续浸渍一段时间后，得到多级复合纳米纤维膜，该专利申请利用植酸与金属离子原位生成抗菌超亲水纳米多级结构，可以提高油水分离效率以及重复使用次数，但是仍然不具有一定的抗污染效果。因此，需要开发一种既可以实现油水的高效分离，又可以达到一定抗污染性的油水分离膜以满足应用要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种磁响应油水分离膜及其制备方法和自清洁方法，本专利技术提供的油水分离膜可以利用外加磁场的周期型转变实现膜表面的自清洁；同时，本专利技术提供的油水分离膜可以很好的阻止油大分子与膜接触通道接触污染孔道，因而可以使油水分离膜保持一定的膜通量以及分离效率稳定，具有良好的应用前景。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种磁响应油水分离膜，所述磁响应油水分离膜包括基膜以及化学接枝在基膜表面的磁性复合纳米颗粒。本专利技术通过在基膜上化学接枝磁性复合纳米颗粒，磁性颗粒可以改善膜污染的现象，进一步的，若施加不断变化的外界磁场，则可以通过磁性复合纳米颗粒在油水分离膜表面的“来回摆动”，促进膜表面污染物的脱落，进而实现膜表面自清洁。同时，基膜表面接枝磁性颗粒可以更好的阻止油大分子与基膜接触而导致污染孔道，因此，本专利技术提供的油水分离膜可以保持稳定且较高的膜通量且分离效率稳定，在油水分离的领域，有良好的应用前景。优选地，所述磁性复合纳米颗粒为聚合物包覆磁性纳米颗粒材料。优选地，所述磁性纳米颗粒材料选自Fe2O3、Fe3O4或MeFe2O4中的任意一种或至少两种的组合，其中，Me选自Co、Mn或Ni。优选地，所述磁性纳米颗粒材料的平均粒径选自20～500nm，例如30nm、50nm、80nm、100nm、150nm、200nm、250nm、300nm、350nm、400nm、450nm等。在本申请中，通过将磁性纳米颗粒进行包覆，一方面可以实现磁性纳米颗粒稳定固定于基膜上，避免了在使用过程中磁性颗粒与基膜分离而导致应用效果变差，另一方面包覆层对磁性纳米颗粒具有很好的保护作用，可以避免磁性颗粒被氧化或者被污染，进而增加本专利技术提供的油水分离膜的使用寿命。优选地，所述基膜的材料选自聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚吡咯烷酮、聚酰亚胺、聚乳酸、聚苯胺、醋酸纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、壳聚糖、聚砜、聚醚砜、聚砜酰胺或磺化聚砜中的任意一种或至少两种的组合。优选地，以所述磁响应油水分离膜的总质量为100％计，所述磁性复合纳米颗粒的含量为0.5-10％，例如1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％等。第二方面，本专利技术提供了根据第一方面所述的磁响应油水分离膜的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：改性后基膜与磁性复合纳米颗粒通过化学接枝反应得到所述磁响应油水分离膜。优选地，所述基膜的改性剂包括氢氧化钠、盐酸、磺酸、氯化亚砜、多巴胺、盐酸羟胺或硅烷偶联剂中的任意一种或至少两种的组合。优选地，所述基膜的改性方法包括加热、浸泡或表面涂布中的任意一种或至少两种的组合。优选地，所述基膜为静电纺丝膜。本专利技术对于基膜的改性可以选择一次或者两次以上改性的方式进行，每次改性可以选用相同的反应物，也可以选用不同的反应物，每次改性的时间优选5-300min，例如30min、50min、80min、100min、120min、150min、180min、200min、220min、250min、270min等。本专利技术的基膜优选静电纺丝膜，为现有技术中常用的静电纺丝膜，其孔隙率高、纤维直径均匀、适用于规模化生产。可以采用常规方法自己制备，也可以购买；进一步的，静电纺丝膜可以直接进行应用，也可以在进行热压处理以提高其力学性能；示例性的列举一种聚丙烯腈膜的制备方法：将聚丙烯腈粉末(上海旭硕生物科技有限公司，分子量为15万)溶于二甲基甲酰胺，得到15wt％的纺丝液，利用静电纺丝的方法制备初步产物，其中，电压15KV，距离10cm。然后将聚丙烯腈纳米纤维膜进行热压，其中，热压温度为280℃，时间为20s，得到聚丙烯腈纳米纤维膜。示例性的列举一种聚丙烯腈/聚甲基丙烯酸甲酯膜的制备方法：聚丙烯腈粉末/聚甲基丙烯酸甲酯本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁响应油水分离膜，其特征在于，所述磁响应油水分离膜包括基膜以及化学接枝在基膜表面的磁性复合纳米颗粒。/n

【技术特征摘要】
1.一种磁响应油水分离膜，其特征在于，所述磁响应油水分离膜包括基膜以及化学接枝在基膜表面的磁性复合纳米颗粒。


2.根据权利要求1所述的磁响应油水分离膜，其特征在于，所述磁性复合纳米颗粒为聚合物包覆磁性纳米颗粒材料；
优选地，所述磁性纳米颗粒材料选自Fe2O3、Fe3O4或MeFe2O4中的任意一种或至少两种的组合，其中，Me选自Co、Mn或Ni；
优选地，所述磁性纳米颗粒材料的平均粒径选自20～500nm。


3.根据权利要求1或2所述的磁响应油水分离膜，其特征在于，所述基膜的材料选自聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚吡咯烷酮、聚酰亚胺、聚乳酸、聚苯胺、醋酸纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、壳聚糖、聚砜、聚醚砜、聚砜酰胺或磺化聚砜中的任意一种或至少两种的组合。


4.根据权利要求1-3中的任一项所述的磁响应油水分离膜，其特征在于，以所述磁响应油水分离膜的总质量为100％计，所述磁性复合纳米颗粒的含量为0.5-10％。


5.根据权利要求1-4中的任一项所述的磁响应油水分离膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
改性后基膜与磁性复合纳米颗粒通过化学接枝反应得到所述磁响应油水分离膜。


6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述基膜的改性剂包括氢氧化钠、盐酸、磺酸、...

【专利技术属性】
技术研发人员：李望良，王雅洁，李蕾，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11