用于过滤介质的超亲水性表面处理方法、使用其的超亲水性油/水分离过滤器及其制造方法技术

根据本发明专利技术的用于油

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于过滤介质的超亲水性表面处理方法、使用其的超亲水性油/水分离过滤器及其制造方法


[0001]本公开内容涉及超亲水性表面处理方法，用于油
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水分离的超亲水性过滤器及其制造方法，所述超亲水性过滤器具有使用所述超亲水性表面处理方法进行超亲水性改性的表面。

技术介绍

[0002]一般而言，配置成将水中包含的油性组分或油中的水分与油组分和通过废水处理厂或雨水管道引入的非点源污染物分离的油
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水分离设施，以及非点源污染减少设施(初始雨水处理设施)使用利用油和水之间的比重差的去除方法，即利用基于油
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水混合物的一定浮力(重力)的差异和根据浮力的混合物的流动的差异的斯托克斯定律(Stoke
’
s law)的去除方法。
[0003]利用油和水之间的比重差的去除方法允许包含油性组分的经污染的水流动并且停留在处理罐中。结果是，油在水面上漂浮并且凝结，因为油比水轻。在这种情况下，通过将经污染的水分离成油和水的两个液相来去除油。然而，在这样的方法中，当油滴具有1mm或更大的尺寸时，油容易分离，但是由于流体的流动而分裂成小块的具有1μm至1.5μm的直径的油滴具有差的处理效率，因为它花费长的时间以通过漂浮和凝结来分离油。
[0004]此外，利用基于油
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水混合物的一定浮力(重力)的差异和根据浮力的混合物的流动的差异的斯托克斯定律的去除方法包括允许包含油性组分的经污染的水穿过组件主体，在该组件主体中，由聚丙烯材料制成的呈波纹纸板或蛋盒板形式的片材以多级方式被设置为聚结板组的类型，其有效接触面积通过在处理罐中安装许多水平板或平行倾斜板而被加宽。然而，当在这样的方法中长时间使用油时，附着有油性组分和漂浮物质的具有粘度的污泥被沉积在波纹纸板和蛋盒板之间，这些波纹纸板和蛋盒板以多级方式耦接以防止流体通过。
[0005]固体具有固有表面能，并且由于当固体与任何液体接触时固体和液体之间的表面能，液体具有润湿或不润湿固体的表面的性质。当表面和水之间的接触角小于或等于90
°
时，该表面被称为亲水性表面。在另一方面，当表面和水之间的接触角小于或等于10
°
并且表面迅速被水润湿时，该表面被称为超亲水性表面。这样的超亲水性表面可以通过用具有亲水性官能团的材料包覆表面或者用亲水性纳米颗粒包覆表面等来实现。
[0006]具有亲水性官能团的材料包括多巴胺及类似物。然而，因为这样的材料表现出与其他化学官能团高的反应性，当它们失去其亲水性官能团时，它们容易失去其亲水性。此外，可以使用化学稳定的纳米颗粒诸如二氧化钛(TiO2)、二氧化硅(SiO2)制备亲水性表面体，但这些材料具有缺点，即由于对基底的弱结合亲和力，亲水性表面体容易失去其亲水性。
[0007]同时，随着国内外对水环境污染物的减少的日益关注，对用于改善水品质的技术存在很大的兴趣。特别地，因为工业废水中的油、溢流到海洋中的油或类似物对水体生态系
统具有很大的影响，对于从水中分离油的方法的研究已经在积极进行。现有工业中使用的油
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水分离方法是利用水和油之间的比重的差异的方法。这种处理方法具有局限性，即它是耗时的，需要具有大面积的处理设施，以及具有差的油
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水分离效率。此外，表面活性剂稳定的乳液不能利用比重的差异来分离。乳液可以通过添加用于中和表面活性剂的性质的药物或施加场效应以将经乳化的乳液反乳化来加工。然而，使用这样的反乳化的药物或电的乳液处理方法难以在工业中使用，因为所施加的药物或电能的量应当以高精度被控制，并且每小时可以加工有限量的乳液。
[0008]利用水和油之间的润湿性的差异的过滤方法已经被引入，以便克服现有的油
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水或乳液分离的局限性。用于油
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水或乳液分离的过滤器具有相对于水150
°
或更大的接触角，并且因此被分为不被水润湿的超疏水性过滤器和具有相对于水10
°
或更小的接触角并且因此被水完全润湿的超亲水性过滤器。油
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水分离可以通过不使油
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水混合物中的水通过超疏水性过滤器但仅使油通过超疏水性过滤器来进行。然而，当使用超疏水性过滤器时，当油穿过过滤器时，可能污染过滤器的表面，这导致劣化的油
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水分离性能。
[0009]相反，超亲水性过滤器对油具有非常低的粘附性，因为过滤器被水完全润湿以形成水幕。因此，可以进行油
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水混合物或乳液的分离，因为油
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水混合物中的水穿过过滤器，但油被水幕阻断。这样的过滤器可以有用地用作用于分离油
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水混合物或乳液而不受油的任何污染的过滤器。然而，可以使用静电纺丝方法和类似方法直接制造用于油
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水分离的超亲水性过滤介质，但这样的方法具有局限性，即其花费长时间来制造过滤器，需要专用设备和技术，非常昂贵，以及因为它难以生产和大规模生产大面积过滤器而难以应用于工业。
[0010]同时，由聚合物基底诸如聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)制成的过滤器，以及由金属基底诸如铝(Al)网状物、铜(Cu)网状物和不锈钢(STS)网状物制成的过滤器被用作具有多种应用的过滤器，因为这些过滤器具有物理耐久性、耐化学性和柔性。然而，这样的过滤器难以表面处理，并且表现出疏水性。
[0011]因此，过滤器需要在不与油任何组合的情况下进行超亲水性改性，以便使用它们作为用于油
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水分离的过滤器。然而，因为应根据用于基底的材料应用不同的表面处理技术以便制造超亲水性过滤器，这些技术在要求使用由多种材料制成的过滤器的工业中制造超亲水性过滤器方面具有困难。此外，超亲水性改性工艺是复杂的，并且因此具有局限性，即它难以制造大面积超亲水性过滤器并且它难以大规模生产超亲水性过滤器。
[0012]公开内容
[0013]技术问题
[0014]本专利技术致力于提供一种用于油
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水分离的过滤器，所述过滤器通过对由多种材料制成的过滤介质应用包括单步包覆工艺的超亲水性表面处理方法而被制造成具有超亲水性表面。
[0015]本专利技术还致力于提供一种制造用于油
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水分离的过滤器的方法，所述过滤器通过对由多种材料制成的过滤介质应用包括单步包覆工艺的超亲水性表面处理方法而具有超亲水性表面。
[0016]然而，待通过本专利技术的示例性实施方案解决的问题不限于上述问题，并且可以在本专利技术包括的技术思路的范围内进行多种扩展。
[0017]技术方案
[0018]在下文中，将更详细地描述本专利技术。
[0019]本专利技术的示例性实施方案提供了一种用于油
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水分离的过滤器，所述过滤器包括过滤介质，所述过滤介质包括通过将双丙烯酰胺(N,N
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亚甲基双丙烯酰胺)交联到用于制造过滤器的过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于油
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水分离的过滤器，包括通过将双丙烯酰胺(N,N
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亚甲基双丙烯酰胺)交联到过滤介质的表面而形成的亲水性包覆层，其中所述过滤器具有相对于空气中的水的接触角为10
°
或更小的超亲水性。2.根据权利要求1所述的用于油
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水分离的过滤器，其中所述过滤器具有相对于水中的油的150
°
至180
°
的接触角。3.根据权利要求1所述的用于油
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水分离的过滤器，其中所述过滤器选择性地仅从油
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水混合物中分离水。4.根据权利要求1所述的用于油
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水分离的过滤器，其中所述过滤介质包含聚合物基底或金属基底。5.根据权利要求4所述的用于油
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水分离的过滤器，其中所述聚合物基底包括选自由以下组成的组的一种或更多种：聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)和聚四氟乙烯(PTFE)。6.根据权利要求4所述的用于油
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水分离的过滤器，其中所述金属基底包括选自由以下组成的组的一种或更多种：不锈钢(STS)、铝(Al)和铜(Cu)。7.一种制造用于油
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水分离的超亲水性过滤器的方法，包括：使用聚合物基底或金属基底制备过滤介质或包括所述过滤介质的过滤过滤器；以及通过使双丙烯酰胺(N,N
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【专利技术属性】
技术研发人员：黄雲峰，金成敏，
申请(专利权)人：浦项工科大学校产学协力团，
类型：发明
国别省市：