水下疏油/油下疏水可切换的油水分离材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开的水下疏油/油下疏水可切换的油水分离材料是由酚类化合物改性并由有机配体和金属离子生成的化合物自组装形成的微纳米结构附着于多孔网状基底材料表面组成，该材料在空气中水接触角为0～155

【技术实现步骤摘要】
水下疏油/油下疏水可切换的油水分离材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于油水分离材料及其制备
，具体涉及一种水下疏油/油下疏水可切换的油水分离材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着社会的快速发展，人们对于化学制品的需求量日益增加，这极大地促进了化工及材料行业的快速发展。然而，化工及材料行业的快速发展也使得化工原料的泄漏事故也日益增多，尤其是含卤素有机溶剂进入水体后因其密度大于水而位于在水体下层，使得其无法通过传统的吸附法或自然挥发的方式进行去除。这些位于水体下层的有机试剂会造成严重的水体和土壤污染。与此同时，在海上原油运输过程中频发的泄漏事故也不仅造成了水体和土壤污染，还带来了巨大的能源浪费。目前，过油阻水和过水阻油是用于含油废水处理的两大类材料之一。过油阻水材料主要被用于含重油(密度大于水)废水处理，而过水阻油主要应用于含轻油(密度小于水)废水处理。
[0003]过油阻水和过水阻油材料均是利用材料表面对油或水的相反润湿性，即亲水疏油性、亲油疏水性、水下疏油和油下疏水等性能。其中实现亲水疏油通常需要具有低表面能的长链含氟硅氧烷改性，亲油疏水性则需要含氟磺酸钠等物质的改性，这些物质不仅价格昂贵且具有一定生物毒性，对环境存在潜在威胁。而水下疏油和油下疏水性是通过水或油润湿来提供相异的润湿性，也是实现过水阻油和过油阻水的有效手段。
[0004]在一个给定的油水体系中，水下油接触角和油下水接触角之和理论上等于180
°
，即水下疏油和油下疏水性是热力学不稳定状态，因此无法通过常规方法同时获得油下疏水且可水下疏油的材料。但是同时具备水下疏油性和油下疏水性可使得材料能够应用于各种类型的含油废水的处理，即可过水阻油亦可过油阻水从而实现含油废水的可切换分离。目前已经报道的在同一油水体系中能同时实现水下疏油和油下疏水性的材料通常在空气中通常表现为亲水性且制备过程繁琐。如Tian等(TianX,JokinenV,Li J,Sainio J,RasRH.Unusual dual superlyophobic surfaces in oil
‑
water systems:The designprinciples[J].AdvancedMaterials,2016,28(48):10652
‑
10658.)通过等离子刻蚀，制备了水下疏油和油下疏水阵列的材料，并从理论上证明了该阵列材料需要满足在空气中水接触角在56～74
°
之间就可实现水下疏油和油下疏水性。然而该材料仅适用于一个特定的油水体系，当油水体系更换后需要重新修饰才可再次实现水下疏油和油下疏水性。Kang及其合作者(KangL,WangB,ZengJ S,ChengZ,Li JP,XuJ,GaoWH,ChenKF.Degradable dual superlyophobic lignocellulosic fibers for high
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efficiency oil/water separation[J].Green Chemistry,2020,22(2):504
‑
512.)采用三聚氰胺甲醛树脂改性木质素制备了同时具有水下疏油和油下疏水性材料，其在空气中具有超亲水性(水接触角近似等于0
°
)。Wu等(Wu M,Shi G,Liu W,Long Y,Mu P,Li J.A universal strategy for the preparation of dual superlyophobic surfaces in oil
–
water systems[J].ACS Applied Materials&Interfaces,2021,13(12):14759
‑
14767.)采用山软木、黄土、二氧化
钛和十八烷基三氯硅烷为原料制备了油下疏水和水下疏油的材料，并用于含油废水净化，然而，其使用循环性较差，且仍然无法避免使用昂贵且具有强腐蚀性的硅氧烷。综上所述，目前已经报道的在同一油水体系中同时具有水下疏油和油下疏水性的材料，通常需要在空气中满足亲水性，且存在制备过程复杂、产物循环使用性差、需使用昂贵剧毒或腐蚀性试剂、通常不能适应多种油水体系以及不能将方法拓展于更多基材等问题。因此，亟需找到一种经济成本低、绿色环保、可适用于多种基材以用于过水阻油和过油阻水可切换分离油水的水下疏油和油下疏水材料的制备方法且制备的材料在空气中具有宽的亲疏水性，以满足不同类型含油废水净化处理。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是针对上述现有技术存在的缺陷或问题，提供一种水下疏油/油下疏水可切换的油水分离材料，该材料具有高通量、高分离效率、高循环耐久使用性的特点。
[0006]本专利技术的另一目的是提供一种水下疏油/油下疏水可切换的油水分离材料的制备方法，该方法制备工艺简单环保、成本低，且适用基材广泛。
[0007]本专利技术提供的一种水下疏油/油下疏水可切换的油水分离材料，其特征在于该材料是由酚类化合物改性并由有机配体和金属离子生成的化合物自组装形成的微纳米结构附着于多孔网状基底材料表面组成，该材料在空气中水接触角为0～155
°
，在水下油接触角大于90
°
且在油下水接触角大于90
°
，其既能用于过油阻水又能用于过水阻油来分离油水混合物。
[0008]以上油水分离材料在空气中水接触角为90～155
°
，在水下油接触角大于90
°
且在油下水接触角大于90
°
。
[0009]当以上油水分离材料在空气中接触角大于90
°
时，在同一油水体系中水下油接触角大于90
°
，油下水接触角大于90
°
。
[0010]以上油水分离材料中所述的酚类化合物为苯酚、邻苯二酚、间苯二酚、对苯二酚、单宁酸、没食子酸、多巴胺、多巴和新绿原酸中的至少一种。
[0011]以上油水分离材料中所述的有机配体为咪唑、1
‑
甲基咪唑、2
‑
甲基咪唑、4
‑
甲基咪唑、咪唑
‑2‑
甲醛、苯并咪唑、咪唑
‑
4,5
‑
二羧酸、4
‑
羟甲基咪唑盐酸盐、咪唑
‑4‑
甲酸乙酯、咪唑
‑4‑
甲酸甲酯和1H
‑
咪唑
‑4‑
甲酸中的至少一种。
[0012]以上油水分离材料中所述的金属离子为Zn
2+
、Co
2+
、Cu
2+
、Fe
2+
、Fe
3+
、In
2+
、Ni
2+
、Mg
2+
或Ba
2+
中的任一种。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水下疏油/油下疏水可切换的油水分离材料，其特征在于该材料是由酚类化合物改性并由有机配体和金属离子生成的化合物自组装形成的微纳米结构附着于多孔网状基底材料表面组成，该材料在空气中水接触角为0～155
°
，在水中油接触角大于90
°
且在油中水接触角大于90
°
，其既能用于过油阻水又能用于过水阻油来分离油水混合物。2.根据权利要求1所述的水下疏油/油下疏水可切换的油水分离材料，其特征在于该材料中所述的酚类化合物为苯酚、邻苯二酚、间苯二酚、对苯二酚、单宁酸、没食子酸、多巴胺、多巴和新绿原酸中的至少一种。3.根据权利要求1所述的水下疏油/油下疏水可切换的油水分离材料，其特征在于该材料中所述的有机配体为咪唑、1
‑
甲基咪唑、2
‑
甲基咪唑、4
‑
甲基咪唑、咪唑
‑2‑
甲醛、苯并咪唑、咪唑
‑
4,5
‑
二羧酸、4
‑
羟甲基咪唑盐酸盐、咪唑
‑4‑
甲酸乙酯、咪唑
‑4‑
甲酸甲酯和1H
‑
咪唑
‑4‑
甲酸中的至少一种。4.根据权利要求1所述的水下疏油/油下疏水可切换的油水分离材料，其特征在于该以上油水分离材料中所述的金属离子为Zn
2+
、Co
2+
、Cu
2+
、Fe
2+
、Fe
3+
、In
2+
、Ni
2+
、Mg
2+
或Ba
2+
中的任一种。5.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的水下疏油/油下疏水可切换的油水分离材料，其特征在于该材料中所述的多孔网状基底材料为不锈钢金属筛网、聚合物泡沫、铜泡沫、滤布、棉织物或砂芯滤板中的任一种。6.一种权利要求1所述的水下疏油/油下疏水可切换的油水分离材料的制备方法，该方法工艺步骤和条件如下：(1)先将多孔网状基底材料置于配制的浓度为0.1mmol/L～10mo...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐昌连，罗依桐，杨刚，毕译文，赖春蓉，
申请(专利权)人：四川科盛新环境科技有限公司，
类型：发明
国别省市：