Janus正负电荷型超亲水/水下超疏油泡沫铜组及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了Janus正负电荷型超亲水/水下超疏油泡沫铜组及其制备方法与应用。由正电荷型超亲水/水下超疏油泡沫铜与负电荷型超亲水/水下超疏油泡沫铜依次间加组成；所述的正电荷型超亲水/水下超疏油泡沫铜由在偏硅酸钠或乙酸钠溶液浸泡过的具有Cu(OH)2纳米针的泡沫铜固定于阴极在设有胺基化碳纳米管加水配置的悬浮溶液的电组装池进行两面组装所得；所述的负电荷型超亲水/水下超疏油泡沫铜由在3

Janus positively and negatively charged super hydrophilic / underwater super oleophobic foam copper group and its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
Janus正负电荷型超亲水/水下超疏油泡沫铜组及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及油水分离
，尤其是涉及一种Janus正/负电荷型超亲水/水下超疏油泡沫铜组及其制备方法与用于分离乳化油水的方法。

技术介绍

[0002]近年来，油污泄漏事故屡有发生，各类工业活动产生的油性废水量也在逐年攀升，这是全球工业化进程的副作用。如果能够及时、有效地对这些油性污水进行处理，对生态环境和人类健康都是一件好事。假如处理不当，这将会给环境带来极大的危害，甚至会威胁到动植物和人类的生存。特殊润湿性材料的快速发展，解决了分离不混溶油水混合物的难题，但是对于含有表面活性剂的乳化油水混合物，仅靠超润湿性能则无法实现高效的分离。为此，利用特殊润湿性对油水两相的高选择性，再结合一定的破乳技术已成为目前设计油水分离材料的热门选择。
[0003]目前，基于基材的静电破乳受到了广泛的研究，主要是在基材上经过改性后赋予一定的离子，使得基材表面带有正电荷或负电荷。在分离离子型乳液时，利用基材表面的电荷对离子型表面活性剂产生静电作用，造成其在油滴上的迁移和重排，进而降低油滴的稳定性，最后使得相邻油滴之间的斥力减小，大大增加了聚结概率，从而破乳。现有技术文献1(Yun
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Peng An et al., Janus Membranes with Charged Carbon Nanotube Coatings for Deemulsification and Separation ofOil
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in/>‑
Water Emulsions,ACS Applied Materials&Interfaces.)报道了一种胺基化/羧基化碳纳米管修饰的Janus聚丙烯微滤膜，膜的上、下表面分别呈现正、负电荷，因而可以利用静电屏蔽效应对阴、阳离子型乳化水包油进行高效破乳。现有技术文献2(Weifeng Zhang et al.,A dual functionalJanus membrane combining superwettability with electrostatic force for controllable anionic/cationicemulsion separation and in situ surfactant removal,Journal of Materials Chemistry A.)报道了一种分别通过聚多巴胺、聚乙烯多胺和三羧酸在聚丙烯微滤膜的两面修饰上胺基和羧基的研究，同样是基于电荷屏蔽效应，这种Janus膜可以高效地破乳阴、阳离子型乳化水包油。从现有文献来看，这种依靠基材表面的静电作用来对离子型乳液进行破乳的研究由于快速、高效的特点，且不会引入第三方污染物等优点受到了广泛的认可。但是这两个现有技术都是单种电荷的材料，利用静电吸引破乳机理(即电荷屏蔽效应)都只能分离一种乳液(与之表面带异种电荷的乳液)，不能同时分离阴离子表面活性剂稳定的乳液和阳离子表面活性剂稳定的乳液。
[0004]除此之外，乳化水包油中的油滴粒径范围分布广，一般是从纳米级到微米级。如果想靠“尺寸筛分”机理对油滴进行拦截，则材料的孔径必须跟油滴粒径相当甚至更小，所以有不少的研究人员在设计材料时优先选择小孔径，这种做法虽然极大地提升了效率，但不可避免地减少了通量。现有技术文献3(Zheng Guo et al.,Carbon nanofiber based superhydrophobic foam composite forhigh performance oil/water separation,
Journal of Hazardous Materials.)报道了一种采用中空结构的碳纳米纤维所修饰的三维结构的超亲水/水下超疏油型聚二甲基硅氧烷(PDMS)泡沫，渗透通量显示出4300L/(m2·
s)，但分离效率却只有大约93％。现有技术文献4(Chenyang Cao et al.,Fabricationof robust surfaces with special wettability on porous copper substrates for various oil/water separations, Chemical Engineering Journal.)报道了一种通过刷涂聚乙烯醇/戊二醛/凹凸棒石/二氧化钛来制备的超亲水/水下超疏油型泡沫铜，分离效率显示出98％以上令人满意的效果，然而通量却呈现出不足150L
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‑2·
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‑1的超低通量。在工业上，效率和通量缺一不可，虽然它们之间存在着trade
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off 效应，但是寻求一种平衡，能够最优化地获得高通量和高效率是研发人员一直追求的目标。但是在渗透理论下，效率和通量通常呈现相反的变化趋势，而这又主要是受到分离材料的孔径所影响。上述技术3就是追求通量而采取大孔径材料，最终效率相对不高；而技术4则是追求效率而采取小孔径材料，最终通量相对低。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对三维超亲水/水下超疏油泡沫铜在乳化油水分离时分离效率和渗透通量的矛盾，提供一种乳化水包油的分离具有高通量以上和高分离效率以上的Janus正/负电荷型超亲水/水下超疏油泡沫铜组及其制备方法。
[0006]本专利技术另一目的在于提供所述的Janus正/负电荷型超亲水/水下超疏油泡沫铜组在分离乳化油水的应用。
[0007]本专利技术目的通过如下技术方案实现：
[0008]Janus正负电荷型超亲水/水下超疏油泡沫铜组，由正电荷型超亲水/水下超疏油泡沫铜与负电荷型超亲水/水下超疏油泡沫铜依次间加组成；所述的正电荷型超亲水/水下超疏油泡沫铜由在偏硅酸钠或乙酸钠溶液浸泡过的具有Cu(OH)2纳米针的泡沫铜固定于阴极在设有胺基化碳纳米管加水配置的悬浮溶液的电组装池进行两面组装所得；所述的负电荷型超亲水/水下超疏油泡沫铜由在3
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氨丙基三乙氧基硅烷或聚二烯丙基二甲基氯化铵溶液浸泡过的具有Cu(OH)2纳米针的泡沫铜固定于阳极在设有羧基化碳纳米管加水配置的悬浮溶液的电组装池进行两面组装所得。
[0009]为进一步实现本专利技术的目的，优选地，所述的在偏硅酸钠或乙酸钠溶液浸泡过的具有Cu(OH)2纳米针的泡沫铜是由清洗后的泡沫铜放在装有氢氧化钠或氢氧化钾溶液的电镀池中进行电场阳极氧化长出Cu(OH)2纳米针，再在偏硅酸钠或乙酸钠溶液中浸泡所得；胺基化碳纳米管加水配置的悬浮溶液的浓度为0.5
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1g/L。
[0010]优选地，所述的偏硅酸钠或乙酸钠溶液的浓度为5
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15g/L，浸泡时间为0.5
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4h。
[0011]优选地，所述的在3
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氨丙基三乙氧基硅烷或聚二烯丙基二甲基氯化铵溶液浸泡过的具有 Cu(OH)2纳米针的泡沫铜是由清洗后的泡沫铜放在装有氢氧化钠或氢氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.Janus正负电荷型超亲水/水下超疏油泡沫铜组，其特征在于：由正电荷型超亲水/水下超疏油泡沫铜与负电荷型超亲水/水下超疏油泡沫铜依次间加组成；所述的正电荷型超亲水/水下超疏油泡沫铜由在偏硅酸钠或乙酸钠溶液浸泡过的具有Cu(OH)2纳米针的泡沫铜固定于阴极在设有胺基化碳纳米管加水配置的悬浮溶液的电组装池进行两面组装所得；所述的负电荷型超亲水/水下超疏油泡沫铜由在3
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氨丙基三乙氧基硅烷或聚二烯丙基二甲基氯化铵溶液浸泡过的具有Cu(OH)2纳米针的泡沫铜固定于阳极在设有羧基化碳纳米管加水配置的悬浮溶液的电组装池进行两面组装所得。2.根据权利要求1所述的Janus正负电荷型超亲水/水下超疏油泡沫铜组，其特征在于：所述的在偏硅酸钠或乙酸钠溶液浸泡过的具有Cu(OH)2纳米针的泡沫铜是由清洗后的泡沫铜放在装有氢氧化钠或氢氧化钾溶液的电镀池中进行电场阳极氧化长出Cu(OH)2纳米针，再在偏硅酸钠或乙酸钠溶液中浸泡所得；胺基化碳纳米管加水配置的悬浮溶液的浓度为0.5
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1g/L。3.根据权利要求2所述的Janus正负电荷型超亲水/水下超疏油泡沫铜组，其特征在于：所述的偏硅酸钠或乙酸钠溶液的浓度为5
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15g/L，浸泡时间为0.5
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4h。4.根据权利要求1所述的Janus正负电荷型超亲水/水下超疏油泡沫铜组，其特征在于：所述的在3
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氨丙基三乙氧基硅烷或聚二烯丙基二甲基氯化铵溶液浸泡过的具有Cu(OH)2纳米针的泡沫铜是由清洗后的泡沫铜放在装有氢氧化钠或氢氧化钾溶液的电镀池中进行电场阳极氧化长出Cu(OH)2纳米针，再在3
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氨丙基三乙氧基硅烷或聚二烯丙基二甲基氯化铵溶液中浸泡所得；所述的羧基化碳纳米管加水配置的悬浮溶液的浓度为0.5
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1g/L。5.根据权利要求4所述的Janus正负电荷型超亲水/水下超疏油泡沫铜组，其特征在于：所述的3
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氨丙基三乙氧基硅烷或聚二烯丙基二甲基氯化铵溶液的浓度为5
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20g/L，浸泡时间为0.5
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4h。6.根据权利要求2或4所述的Janus正负电荷型超亲水/水下超疏油泡沫铜组，其特征在于：所述的清洗后的泡沫铜放在装有氢氧化钠或氢氧化钾溶液的电镀池中进行电场阳极氧化长出Cu(OH)2纳米针的电源为直流电源，电压为2
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3V，运行时间为5
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15min；电场采用双阴极单阳极，以镀锡铁片作为阴极，以泡沫铜作为阳极，电极之间的距离为1
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3cm；镀锡铁片在阳极氧化前用砂纸抛光处理；氢氧化钠或氢氧化钾溶液的浓度为1
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2mol/L；电镀池的材质为亚克力或者PET塑料；清洗前的泡沫铜的孔径为40
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120ppi，厚度为1.5
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5mm；清洗是分别用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗10
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15min；泡沫铜清洗后浸入盐酸溶液中保存；盐酸溶液的浓度是0.5
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2mol/L，保存时间不得超过3h。7.根据权利要求1所述的Janus正负电荷型超亲水/水下超疏油泡沫铜组，其特征在于：所述的电组装池左、右两端放置石墨板，石墨板之间的距离为3
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10cm；通过鳄鱼夹和电源输出线分别与直流电源的正、负极相接；两种泡沫铜固定在石墨板前...

【专利技术属性】
技术研发人员：皮丕辉，左继浩，陈泽昊，文秀芳，徐守萍，程江，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：