一种超疏水性二维抗污染破乳油水分离膜材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种超疏水性二维抗污染破乳油水分离膜材料及其制备方法和应用，该材料的制备方法包括：先将碳纳米管分散于有机溶剂中，再加入聚二甲基硅氧烷，得到混合溶液；采用抽吸方式将混合溶液滤过玻璃纤维滤膜，至膜材料完全负载上混合溶液中碳纳米管，进行高温固化处理后，得到超疏水性二维抗污染破乳油水分离膜材料。本发明专利技术将碳纳米管负载至玻璃纤维滤膜材料中，提供丰富微观结构，在低表面能甲基三氯硅烷修饰下，得到的改性材料表现出超疏水性，具有破乳功能；与此同时在优异疏水性能基础上，表现出很好自清洁能力，具有广阔应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种超疏水性二维抗污染破乳油水分离膜材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及环境保护和油品回收
，尤其涉及一种超疏水性二维抗污染破乳油水分离膜材料及其制备方法和应用。
技术介绍
有着“工业的血液”美称的石油已然成为当今人类不可或缺的能源之一。然而，石油在开采和运输过程中会产生大量含油废水，严重污染生态环境。此外，皮革、印染、化工等行业每天都会产出大量含油废水。含油废水高效处理达标排放，离不开高效的回收处理技术。当前，传统含油废水处理方法主要包括：重力分离、过滤、离心、燃烧、物理吸附、化学分离以及生物降解等，这些方法普遍存在除油效率低、成本高、易造成二次污染等问题。亟需研究一种新型的高效无污染的去油材料与去油技术。随着研究的交叉与深入，科学家发现，仿生浸润性材料具有特殊界面结构，能很好处理含油废水。这种材料用于油水分离，是一种高效可行的除油方案。当前，主要有疏水亲油和亲水疏油两类特殊浸润性仿生材料被成功地设计、制造并应用于油水分离领域。亲油疏水材料由于表面特殊结构，能透油不透水，实现油和水的分离，达到处理油污染目的。这是基于在材料表面构造合适的粗糙度以及在具有粗糙结构的材料表面修饰低表面能化学物质这两原则，材料得以有亲油疏水特性。玻璃纤维作为一种无机材料，由于其优异的耐高温、电绝缘、耐腐蚀性能以及极高的拉伸强度，被广泛应用于化学、航天、建筑等行业。而玻璃纤维易加工成膜的特点，使其在水处理邻域具有较好应用前景。加工得到的玻璃纤维滤膜，由于其特殊的线性微观结构，以及极小的孔径，可对乳化油进行切割，实现破乳。若对玻璃纤维滤膜加以亲疏水改性，得到的改性材料将具有极好的油水分离能力，可以解决当前乳化油难以处理问题。当前，国内外大量学者对玻璃纤维滤膜改性开展研究。常见的膜材料改性方式主要包括表面接枝和表面涂覆的膜表面改性以及共混或共聚的膜基体改性。Kang利用多巴胺在玻璃纤维膜表面自聚形成聚多巴胺薄膜的特征，在PDMS修饰作用下，制备得到超疏水超亲油改性玻璃纤维基复合膜材料，水接触角超过152°，此外具有良好乳液分离效率和吸附染料能力。
技术实现思路
本专利技术提供了一种超疏水性二维抗污染破乳油水分离膜材料及其制备方法和应用，该超疏水性二维抗污染破乳油水分离膜材料具有较好的疏水性、自清洁性、破乳能力以及较强的油水分离能力。具体技术方案如下：一种超疏水性二维抗污染破乳油水分离膜材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将碳纳米管和聚二甲基硅氧烷分散溶解于有机溶剂中，搅拌均匀后，得到混合溶液；所述混合溶液中碳纳米管的质量浓度为0.1-1‰，聚二甲基硅氧烷的质量浓度为0.8～1.2％；(2)采用抽吸方式将所述混合溶液滤过玻璃纤维滤膜，至膜材料完全负载上混合溶液中的碳纳米管；(3)取出步骤(2)负载后的玻璃纤维滤膜，自然干燥后，除去有机溶剂，再进行固化处理，得到超疏水性二维抗污染破乳油水分离膜材料。本专利技术通过抽吸将碳纳米管(CNT)负载到玻璃纤维滤膜表面，构造微纳米级粗糙度，同时利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)低表面能，实现玻璃纤维滤膜亲油疏水特性。超疏水特性以及微纳米粗糙结构使其在抗污染方面有极好性能，表现出极强自清洁能力。同时玻璃纤维滤膜因其本身独特线性微观结构而具有破乳功能，配合疏水亲油特性，对各类油包水的乳液有很好的分离效果，具有很好选择性。碳纳米管和聚二甲基硅氧烷的用量有严格要求，聚二甲基硅氧烷的质量浓度为1％，碳纳米管的质量浓度为0.5‰时，获得的超疏水性二维抗污染破乳油水分离膜材料的疏水性最佳。进一步地，步骤(1)中，采用的有机溶剂可以是正戊烷、正庚烷、甲苯、石油醚等非极性有机溶剂。作为优选，所述有机溶剂为正己烷。进一步地，步骤(1)中，先将碳纳米管加入有机溶剂中超声分散20～40min，再向分散液中加入聚二甲基硅氧烷搅拌均匀。进一步地，步骤(2)中，先将膜材料进行清洗，再采用抽吸方式将混合溶液中分散碳纳米管负载到膜材料表面；所述膜材料的清洗方法为：先用乙醇和去离子水对膜材料进行超声波清洗，再用蒸馏水洗涤膜材料。进一步地，步骤(3)中，取出负载后的膜材料，在相对湿度为30～70％的空气中自然干燥0.5～1.5h。进一步地，步骤(3)中，所述固化的温度为150～170℃，时间为0.8～1.2h。本专利技术还提供了一种超疏水性二维抗污染破乳油水分离膜材料，该材料在空气中的水接触角＞159°，油接触角为0°。本专利技术还提供了所述的超疏水性二维抗污染破乳油水分离膜材料在油品回收中的应用。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术将碳纳米管(CNT)负载到玻璃纤维滤膜表面，在低表面能物质聚二甲基硅氧烷(PDMS)修饰作用下，制得的超疏水性二维抗污染破乳油水分离膜材料，水接触角＞159°，油接触角为0°。(2)本专利技术得到的超疏水性二维抗污染破乳油水分离膜材料，具有破乳能力，对各类油包水乳液有很好的分离效果，分离效率超过99％以上。(3)本专利技术得到的超疏水性二维抗污染破乳油水分离膜材料，具有自清洁能力，在空气、受油污染后都有很好自清洁能力。附图说明图1为玻璃纤维滤膜材料SEM图。其中，图1-1为原始玻璃纤维滤膜SEM图，图1-2为实施例1中改性玻璃纤维滤膜SEM图。图2为实施例1中改性玻璃纤维滤膜EDS能谱图和mapping图；其中，A为改性玻璃纤维滤膜能谱图，B为O元素扫描图，C为Si元素扫描图，D为C元素扫描图。图3为玻璃纤维滤膜材料的接触角图。图4为玻璃纤维滤膜材料自清洁实验结果图。其中，图4-1为空气中自清洁实验，图4-2为受油污染后自清洁实验。A1-A3为原始玻璃纤维滤膜，B1-B3为实施例1中改性玻璃纤维滤膜。图5为玻璃纤维滤膜分离油水混合物过程示意图。其中，A1-A2为分离油相密度比水大的实验过程，B1-B2为分离油相密度比水小的实验过程。图6为实施例1中改性玻璃纤维滤膜分乳化油实验结果图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步描述，以下列举的仅是本专利技术的具体实施例，但本专利技术的保护范围不仅限于此。实施例1一种超疏水性二维抗污染破乳油水分离膜材料的制备方法，具体步骤如下：(1)将0.05g碳纳米管(CNT)加入99g有机溶剂正己烷溶液中，超声30min，再加入1g聚二甲基硅氧烷(PDMS)，磁力搅拌30min，使CNT和PDMS与有机溶剂混合均匀，得到PDMS质量浓度为1％，CNT浓度为0.5‰的混合溶液；(2)取出玻璃纤维滤膜，先用乙醇和去离子水对玻璃纤维滤膜进行超声波清洗，再用蒸馏水洗涤后，至于烘箱中干燥，直至完全干燥；(3)采用抽吸方式将10g步骤(1)的混合溶液滤过干燥后的玻璃纤维滤膜，至膜材料完全负载上混合溶液中碳纳米管；(4)取出步骤(3)负载后的玻璃纤维滤膜，在相对湿度为60％的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超疏水性二维抗污染破乳油水分离膜材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)将碳纳米管和聚二甲基硅氧烷分散溶解于有机溶剂中，搅拌均匀后，得到混合溶液；/n所述混合溶液中碳纳米管质量浓度为0.1～1‰，聚二甲基硅氧烷的质量浓度为0.8～1.2％；/n(2)采用抽吸方式将所述混合溶液滤过膜材料，至膜材料完全负载上混合溶液中的碳纳米管；/n(3)取出步骤(2)负载后的膜材料，自然干燥后，除去有机溶剂，再进行固化处理，得到超疏水性二维抗污染破乳油水分离膜材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种超疏水性二维抗污染破乳油水分离膜材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将碳纳米管和聚二甲基硅氧烷分散溶解于有机溶剂中，搅拌均匀后，得到混合溶液；
所述混合溶液中碳纳米管质量浓度为0.1～1‰，聚二甲基硅氧烷的质量浓度为0.8～1.2％；
(2)采用抽吸方式将所述混合溶液滤过膜材料，至膜材料完全负载上混合溶液中的碳纳米管；
(3)取出步骤(2)负载后的膜材料，自然干燥后，除去有机溶剂，再进行固化处理，得到超疏水性二维抗污染破乳油水分离膜材料。


2.如权利要求1所述的超疏水性二维抗污染破乳油水分离膜材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述有机溶剂为正己烷。


3.如权利要求1所述的超疏水性二维抗污染破乳油水分离膜材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述膜材料为玻璃纤维滤膜。


4.如权利要求1所述的超疏水性二维抗污染破乳油水分离膜材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，先将碳纳米管加入有机溶剂中超声分散20～40min，再向分散液中加入聚二甲基硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：方蒋栋，何锋，万武波，杨德志，黄贤亮，陈鹏，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33