一种疏油型杂化二氧化硅油水分离膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种疏油型杂化二氧化硅油水分离膜及其制备方法，该油水分离膜的制备方法为：将硅酸乙酯、氨水反应制备得到的纳米二氧化硅，经硅烷偶联剂化学改性，再将其与含氮杂环两性离子化合物进行自由基聚合形成杂化亲水性二氧化硅，最后经原位沉积得到具有纳微级超粗糙结构超疏油型油水分离膜。该油水分离膜具有分离效果、重复利用率及稳定性高的优点。点。点。

【技术实现步骤摘要】
一种疏油型杂化二氧化硅油水分离膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种疏油型杂化二氧化硅油水分离膜及其制备方法，具体为一种可有效分离油和水的二氧化硅油水分离膜。

技术介绍

[0002]随着国内制造业的蓬勃发展，尽管给人们生活带来了翻天覆地的变化，但是同样也带来了不少污染，如日用化工、纺织、冶金等行业的发展产生了大量的含油废水，对水体环境造成了极大的破坏，同时也时刻威胁着人体健康。此外，海上采油井也会时常发生原油泄露的事故，给海洋生物带来了极大的伤害。为了实现将水与油分离，解决环境污染问题，传统方法是基于油与水存在密度差的原理，经重心分离、离心分离、过滤吸附等步骤将油从水中除去。然而，这类方法存在分离效率低、易造成二次污染、能耗及人力消耗大等缺陷。目前，国内外常用化学处理法进行水体处理，不过这种方法同样存在问题，如产生的废气会对大气以及海洋造成污染。
[0003]近年来，具有不同浸润性的膜材料逐渐投入到市场中使用，根据表面浸润性的不同，这类膜材料可以被分为亲水疏油膜和亲油疏水膜。其中，亲水疏油膜由于具有表面隔水和重复利用率高的优点，尤其适用于水体油污染整治。不过当前常见的亲水疏油膜具有制备过程复杂，耗时较长，成本高，选择分离效果不高，重复利用率较低，稳定性差的缺点。因此，专利技术一种分离效果优异、重复利用率及稳定性高的超疏油型油水分离膜十分重要。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种疏油型杂化二氧化硅油水分离膜及其制备方法。
[0005]为实现上述目的，提供以下技术方案：
[0006]一种疏油型杂化二氧化硅油水分离膜的制备方法，包括以下步骤：
[0007]1)以硅酸乙酯作为硅源、浓氨水作为催化剂、有机醇作为溶剂，制备得到粒径分布均匀的纳米二氧化硅；
[0008]2)将步骤1)中所得纳米二氧化硅与硅烷偶联剂反应，其中，纳米二氧化硅与硅烷偶联剂质量比为0.1～1:1之间，经离心沉淀过滤后得到改性纳米二氧化硅；
[0009]3)将步骤2)中得到的改性纳米二氧化硅粒子与含氮杂环两性离子化合物在水溶液中进行混合，其中改性纳米二氧化硅与含氮杂环两性离子化合物的质量比为0.8～1.4:1；
[0010]4)在步骤3)中的水溶液中加入引发剂，混合均匀后，进行自由基聚合反应，后经离心沉淀过滤得到杂化亲水性纳米二氧化硅颗粒，将其分散于水溶液；
[0011]5)通过真空抽滤的方法，将得到的杂化亲水性二氧化硅的水溶液沉积在基体材料上，持续抽滤形成稳定的疏油型杂化二氧化硅油水分离膜。
[0012]上述技术方案中，进一步的，步骤1)中硅酸乙酯与有机醇的体积比为0.5～1.8：1，硅酸乙酯与浓氨水的体积比为1～1.6:1之间，在30～80℃条件下持续反应4～12h。
[0013]更进一步的，所述的有机醇选自无水乙醇、无水异丙醇、无水正丁醇。但不限于此。
[0014]进一步的，步骤2)中所述的硅烷偶联剂选自乙烯基三乙氧基硅烷(A
‑
151)、乙烯基三甲氧基硅烷(A
‑
171)、乙烯基三(β
‑
甲氧基乙氧基)硅烷(A
‑
172)、γ
‑
甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH
‑
570)、γ
‑
巯丙基三乙氧基硅烷(KH580)。但不限于此。
[0015]进一步的，步骤3)中所述的含氮杂环两性离子化合物选自4
‑
乙烯基
‑1‑
(3
‑
磺丁基)吡啶、2
‑
乙烯基
‑1‑
(3
‑
磺己基)吡啶、2
‑
甲基
‑4‑
乙烯基
‑1‑
(3
‑
磺丙基)吡啶、2,4
‑
二乙烯基
‑1‑
(3
‑
磺丁基)吡啶。但不限于此。上述两性离子化合物均可以通过烯基吡啶与磺酸内酯在50～120℃下进行开环反应得到。
[0016]进一步的，步骤4)中所述的引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁酸二甲酯、过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰、过氧化二叔丁基、过硫酸钾、过硫酸铵、过氧化氢、安息香、安息香乙醚、安息香丁醚、安息香双甲醚。但不限于此。
[0017]进一步的，步骤4)中所述的自由基聚合反应是在365nm波长UV灯下进行，反应20～60min。或者，步骤4)中所述的自由基聚合反应是在50～100℃热空气加热条件下进行，反应时间为6～24h。
[0018]进一步的，步骤5)中所述的基体材料为水性纤维素滤膜、聚偏二氟乙烯膜滤膜、聚砜滤膜、聚丙烯腈滤膜、聚醚砜滤膜、聚氯乙烯滤膜。但不限于此。步骤5)中杂化亲水性二氧化硅的水溶液浓度优选为0.01～0.03g/ml。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0020]1)本专利技术中纳米二氧化硅改性方法简单，反应条件温和，原位沉积制备油水分离膜的方法简单、易操作，可有效降低成本和环境污染；
[0021]2)本专利技术制备的杂化亲水性二氧化硅表面含有大量亲水性基团，极大提高了该油水分离膜的亲水性；
[0022]3)本专利技术制备的杂化亲水性二氧化硅由亲水改性纳米二氧化硅与含氮杂环两性离子化合物制成，首先，两性离子本身便具有一定的防污效果结合纳米尺度的二氧化硅颗粒自组织形成的膜结构具有纳微级不同尺度，使其拥有着显著的粗糙表面结构，这赋予了它极高的表面能。同时，所制得的杂化亲水性二氧化硅油水分离膜具有极佳的疏油性能，故废油、蛋白质等物质难以长时间存在膜表面，这便有效提高了油水分离膜的重复利用率以及稳定性。
附图说明
[0023]图1所示为实施例1中所制备的改性亲水性纳米二氧化硅颗粒的SEM照片。
[0024]图2所示为实施例1中所制备的疏油型杂化二氧化硅油水分离膜油接触角照片(A为环己烷，B为白油)。
具体实施方式
[0025]本专利技术的疏油型杂化二氧化硅油水分离膜的制备是将硅酸乙酯、氨水反应先制备得到纳米二氧化硅，经硅烷偶联剂化学改性，再将其与含氮杂环两性离子化合物进行自由基聚合形成杂化亲水性二氧化硅，最后经原位沉积得到具有纳微级超粗糙结构的超疏油型油水分离膜。本专利技术的原理是通过将纳米二氧化硅与含氮杂化两性离子原位沉积，由于氮
杂环之间具有较强的氢键，其与表面同样含有大量亲水基团的纳米二氧化硅颗粒结合后可以形成一层稳定的亲水疏油膜，所制备形成的油水分离膜不仅具有高效的选择分离效果，同时具有能够防油污、蛋白质等杂质黏附的功能，故可提高膜的重复利用率以及稳定性。
[0026]下面结合实施例对本专利技术作进一步的描述。
[0027]实施例1：
[0028]将正硅酸乙酯(15ml，99％)与无水乙醇(17ml)混合均匀后，逐滴滴加到乙醇与氨水的混合溶剂中。在65℃条件下持续滴加6h，并保持300r/m本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种疏油型杂化二氧化硅油水分离膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)以硅酸乙酯作为硅源、浓氨水作为催化剂、有机醇作为溶剂，制备得到粒径分布均匀的纳米二氧化硅；2)将步骤1)中所得纳米二氧化硅与硅烷偶联剂反应，其中，纳米二氧化硅与硅烷偶联剂质量比为0.1～1:1之间，经离心沉淀过滤后得到改性纳米二氧化硅；3)将步骤2)中得到的改性纳米二氧化硅粒子与含氮杂环两性离子化合物在水溶液中进行混合，其中改性纳米二氧化硅与含氮杂环两性离子化合物的质量比为0.8～1.4:1；4)在步骤3)中的水溶液中加入引发剂，混合均匀后，进行自由基聚合反应，后经离心沉淀过滤得到杂化亲水性纳米二氧化硅颗粒；将其分散于水溶液；5)通过真空抽滤的方法，将得到的杂化亲水性二氧化硅的水溶液沉积在基体材料上，持续抽滤形成稳定的疏油型杂化二氧化硅油水分离膜。2.根据权利要求1所述的疏油型杂化二氧化硅油水分离膜的制备方法，其特征在于，步骤1)中硅酸乙酯与有机醇的体积比为0.5～1.8：1，硅酸乙酯与浓氨水的体积比为1～1.6:1之间，在30～80℃条件下持续反应4～12h。3.根据权利要求2所述的疏油型杂化二氧化硅油水分离膜的制备方法，其特征在于，所述的有机醇选自无水乙醇、无水异丙醇、无水正丁醇。4.根据权利要求1所述的疏油型杂化二氧化硅油水分离膜的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述的硅烷偶联剂选自乙烯基三乙氧基硅烷(A
‑
151)、乙烯基三甲氧基硅烷(A
‑
171)、乙烯基三(β
‑
甲氧基乙氧基)硅烷(A
‑
172)、γ
‑
甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH
‑
570)、γ
‑
巯丙基三乙氧基硅烷(KH580)。...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯祎平，贾威震，莫学坤，徐冰冰，宣梦达，
申请(专利权)人：浙江正益生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：