一种超亲水导电纳米纤维膜及其处理乳化液的方法技术

本发明专利技术公开一种超亲水导电纳米纤维膜及其处理乳化液的方法，涉及油水分离领域。本发明专利技术将聚丙烯腈溶解于含有导电聚合物和掺杂剂的N,N

【技术实现步骤摘要】
一种超亲水导电纳米纤维膜及其处理乳化液的方法


[0001]本专利技术属于油水分离领域，尤其涉及一种用于乳化液分离的持久抗污染的超亲水导电纳米纤维膜及其制备方法，以及使用辅助电场处理水包油乳化液的方法。

技术介绍

[0002]乳化液具有含油量高、有机物浓度大、成分复杂等特点，直接排放将对生态环境造成严重破坏，属于危险废弃物(HW09)，是工业废水处理中的重点与难点。膜分离技术因具有药剂投加量、次生危废产量少和处理能耗低的特点，在乳化液处理工程中逐渐得到应用。然而，乳化液中油滴在膜面上易浸润导致严重的膜污染。水下疏油性差导致污染在膜表面迅速发展，进而使滤水通量快速下降且难以恢复，严重的膜污染限制了膜分离技术的实际应用。
[0003]针对上述问题，提高膜的抗污染性能对提升油水分离效率至关重要。缓解膜污染的主要方法有膜面性质调控、外源调控和膜清洗。膜面性质调控属于过滤前操作，通过改性膜面亲疏水性质和静电性质，防止膜面与油滴的接触从而缓解膜污染，奠定膜分离过滤效果基础，主要手段包括：超亲水改性和静电改性；外源调控属于运行过程操作，通过改变流场、电场等条件进行剪切扰动、电泳、静电排斥等手段缓解膜污染，增强膜分离效果，主要手段包括：剪切流和电场辅助；此外，通过光催化、电化学氧化等清洗手段也可在位清洗污垢从而缓解膜污染，恢复膜通量，实现材料再生。
[0004]超亲水改性既可增强水的渗透速率从而提高过滤通量，又可形成膜面水合层，阻隔油滴污染，因此是最常用的抗膜污染手段(CN 201410458062.7、CN 201410125768.1)。然而使用超亲水膜处理乳化液仍然发现了高于预期的污染，这是因为离子型表面活性剂具有双亲特性和带电性，更易吸附在膜表面和孔道中，而表面活性剂的亲油基团会改变膜表面润湿性，导致油滴更易与膜表面接触，弱化膜面的抗污染能力。针对表面活性剂的污染，电场辅助技术得到关注，其通过静电斥力来缓解表面活性剂的吸附从而缓解膜污染。为了防止电解和电渗析，降低操作电压，电场辅助技术一般使用导电膜作为过滤材料，相关技术处理对象主要为微生物、天然有机物及微纳颗粒物，很少用于处理乳化液(CN201910319679.3)。同时，由于导电膜使用材料主要为导电陶瓷、CNT、导电高分子等材料，并采用沉积法制备，膜孔径较小且亲水性有限，一般处理通量不高，导电层易脱落。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种持久抗污染的超亲水导电纳米纤维膜，该膜可提高水相渗透通量、且油相不粘附于膜材料表面，本专利技术还提供了基于自身导电性利用电场辅助防止表面活性剂吸附的超亲水导电纳米纤维膜处理水包油乳化液的方法。本专利技术适用范围广，能实现对油水混合物、微米级水包油乳化液的高效分离，电场辅助下具有比常规超亲水膜更强的抗污染性能。
[0006]为了实现本专利技术的目的，本专利技术提供了一种超亲水导电纳米纤维膜的制备方法，
具体包括以下步骤：
[0007]P1.将导电聚合物和掺杂剂同时溶解于N,N
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二甲基甲酰胺中，在室温条件下磁力搅拌，配置成溶解有导电聚合物的N,N
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二甲基甲酰胺悬浊液。
[0008]所述导电聚合物为聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯、聚乙撑二氧噻吩中的任意一种；优选的，所述导电聚合物为聚苯胺，所述聚苯胺的分子量范围为5,000～65,000。
[0009]所述掺杂剂为卤素或质子酸中任意一种。
[0010]所述卤素为Cl2、Br2、I2、ICl3、IBr中的任意一种；所述质子酸为无机酸类的HCl、H2SO4、HNO3或有机酸类的10
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樟脑磺酸中的任意一种，优选的，所述掺杂剂为10
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樟脑磺酸，该试剂安全无毒，并且在本专利技术制备时较稳定。
[0011]优选的，所述导电聚合物与所述掺杂剂的质量比为1：0.5～1：2，掺杂剂在此范围内添加，可保证本专利技术中的导电聚合物导电。
[0012]优选的，所述N,N
‑
二甲基甲酰胺悬浊液中导电聚合物的浓度为0.5wt％～1.5wt％。本专利技术中导电聚合物的浓度在该范围值，可使导电聚合物在N,N
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二甲基甲酰胺悬浊液中充分饱和溶解。
[0013]优选的，所述静电纺丝工作液中聚丙烯腈的浓度为3.5wt％～8wt％。该静电纺丝工作液中，若聚丙烯腈的浓度低于3.5wt％，后续纺丝效果不佳；若聚丙烯腈的浓度高于8wt％，则后续纺丝直径大，不利于过滤。
[0014]P2.将上述悬浊液使用过滤器过滤，收集过滤后的溶液为预制溶液。
[0015]P3.将聚丙烯腈粉末溶解于上述预制溶液中，在恒定室温下使用磁力搅拌器搅拌，配置成静电纺丝工作液。
[0016]P4.将静电纺丝机的工作电压为15～25kV，单针头供液速度为0.6～1.2mL/h，然后使用所述静电纺丝机将所述静电纺丝工作液纺织于接收滚筒的金属网上，得到超亲水导电纳米纤维膜。
[0017]本专利技术的超亲水导电纳米纤维膜是采用静电纺丝一步直接制备而成的，该纳米纤维膜具备稳定的错孔结构，可实现高通量。
[0018]本专利技术的超亲水导电纳米纤维膜的纤维直径为120～180nm，膜孔径分布范围为0.3～1.3μm，具有超亲水性和水下超疏油性。本专利技术的超亲水导电纳米纤维膜的水接触角小于30
°
，且蒸馏水可在1～10s内完全浸润本专利技术的纤维膜材料；所述纤维膜材料的水下油接触角大于150
°
，并在水下10分钟后仍保持大于150
°
的超疏油状态。
[0019]本专利技术根据上述的制备方法还提供了一种超亲水导电纳米纤维膜。
[0020]本专利技术利用制得的超亲水导电纳米纤维膜借助电场辅助来分离乳化液的油水相，该处理方法包括以下步骤：
[0021]S1.将所述超亲水导电纳米纤维膜置于过滤装置中，将蒸馏水倒入过滤装置用于润湿所述超亲水导电纳米纤维膜。
[0022]优选的，所述过滤装置为死端或错流过滤装置。
[0023]S2.将润湿后的所述超亲水导电纳米纤维膜作为工作电极，然后在所述超亲水导电纳米纤维膜上方放置对电极，所述工作电极与所述对电极的间距为1～50mm，接通外接电源，外接电源电压为0～10V，将乳化液倒入过滤装置中进行带压过滤操作，油相被截留在进水一侧，水相从所述超亲水导电纳米纤维膜的另一侧流出，并收集出水。
[0024]优选的，本专利技术的外接电源电压类型可为直流、交流或脉冲。
[0025]优选的，本专利技术的对电极为可以含镀层的金属电极或金属氧化物电极。所述金属电极包括铝电极、铁电极或钛电极；所述金属镀层包括钌、铑、钯、铱或铂；所述金属氧化物包括二氧化钌、二氧化钛。
[0026]S3.取出油水分离后的超亲水导电纳米纤维膜，在清水中浸泡数秒后再冲洗，清洗后的超亲水纳米纤维膜可重复所述步骤S2过滤乳化液。
[0027]进一步的，所述乳化液为阴离子型表面活性剂稳定的水包油乳化液或阳离子型表本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超亲水导电纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：P1.将导电聚合物和掺杂剂同时溶解于N,N
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二甲基甲酰胺中，在室温条件下磁力搅拌，配置成溶解有导电聚合物的N,N
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二甲基甲酰胺悬浊液；所述导电聚合物为聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯、聚乙撑二氧噻吩中的任意一种；所述掺杂剂为卤素或质子酸中任意一种；P2.将上述悬浊液使用过滤器过滤，收集过滤后的溶液为预制溶液；P3.将聚丙烯腈粉末溶解于上述预制溶液中，在恒定室温下使用磁力搅拌器搅拌，配置成静电纺丝工作液；P4.将静电纺丝机的工作电压为15～25kV，单针头供液速度为0.6～1.2mL/h，然后使用所述静电纺丝机将所述静电纺丝工作液纺织于接收滚筒的金属网上，得到超亲水导电纳米纤维膜。2.根据权利要求1所述的超亲水导电纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所述导电聚合物为聚苯胺，所述聚苯胺的分子量范围为5,000～65,000；所述质子酸为10
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樟脑磺酸。3.根据权利要求1所述的超亲水导电纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所述导电聚合物与所述掺杂剂的质量比为1：0.5～1：2。4.根据权利要求1所述的超亲水导电纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所述N,N
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二甲基甲酰胺悬浊液中导电聚合物的浓度为0.5wt％～1.5wt％。5.根据权利要求1所述的超亲水导电纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所述静电纺丝工作液中聚丙烯腈的浓度为3.5wt％～8wt％。6.根据权利1
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【专利技术属性】
技术研发人员：彭开铭，郑维伟，黄翔峰，张佳路，刘佳，陆丽君，徐竟成，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：