亲水疏油型油水分离材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种亲水疏油型油水分离材料及其制备方法，该油水分离材料包括多孔海绵材料、包覆于多孔海绵材料表面的聚多巴胺层以及负载于聚多巴胺层上的刺状粒子；还包括含氟表面活性剂，含氟表面活性剂以亲水基团端朝内，长氟碳链端朝外的方式负载于亲水疏油型油水分离材料的表面。本发明专利技术通过制备具有特殊组分和结构的油水分离材料，利用了聚多巴胺的包覆和亲水性刺状粒子的负载，增强了海绵材料的亲水性和分离通量，使其获得疏油性的同时保持优良的亲水性；同时含氟表面活性剂独特的化学结构，使得大尺寸油分子被阻挡在氟碳链表面，水分子可从长氟碳链之间通过，进入到亲水基团的内部，并受到亲水性海绵的吸收，实现了油水分离功能。分离功能。分离功能。

【技术实现步骤摘要】
亲水疏油型油水分离材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及油水分离材料
，尤其涉及一种亲水疏油型油水分离材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]油水分离常规技术有有重力式分离、离心式分离、电分离、吸附分离、气浮分离等。但此类分离技术存在程序复杂、效率低、耗能大、分离条件苛刻且易形成二次污染等缺点。因此，成本相对较低且分离过程操作简便的油水分离材料，成为目前油水分离领域的较优选择。随着油水分离材料的发展，膜分离材料为油水分离材料中较为常用且具有代表性的一种分离材料，膜分离材料的局限性在于提高分离效率的同时，膜材料分离通量下降较为明显，影响后续的分离效果。
[0003]油水分离材料依赖于材料对不同物质的选择性传递，油和水因其不同的表面张力和其天然不混溶的性质，由此达到分离的目的；目前常用的分离材料有疏水亲油材料、超亲水水下超疏油材料等。
[0004]专利技术专利(申请号为CN 202210692666.2)公开了一种可用于油水分离的疏水吸油海绵及其制备方法，该疏水吸油海绵由具有多孔高分子泡孔结构的海绵基体、海绵基体表面附着的SiO2纳米粒子和海绵基体表面接枝的低表面能含氟物质构成；利用了三维多孔海绵高孔隙率、大比表面积以及疏水性的表面，实现较强的吸油能力，可应用于油水分离领域。但是，疏水亲油类分离材料在应用过程中，存在黏稠油类易堵塞分离孔道的风险，会降低分离材料的循环稳定性；而超亲水水下超疏油材料受到分离环境的局限，且材料本身可被油类浸润，仍有被油类污染的可能，环境友好性差。
[0005]有鉴于此，有必要设计一种改进的亲水疏油型油水分离材料及其制备方法，以解决上述问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种亲水疏油型油水分离材料及其制备方法，通过亲水性的聚多巴胺将三维的多孔海绵材料包覆，然后将亲水性刺状粒子通过聚多巴胺的黏附性和高化学反应性负载于海绵骨架上，进一步提升海绵的亲水性；最后将含氟表面活性剂进行负载，形成具有亲水疏油性能的油水分离材料。本专利技术通过制备具有特殊组分和结构的油水分离材料，使得尺寸较大的油分子被阻挡在氟碳链表面，较小的水分子可从长氟碳链之间通过，进入到亲水基团的内部；并受到亲水性海绵的吸收，实现油水分离功能。
[0007]为实现上述专利技术目的，本专利技术提供了一种亲水疏油型油水分离材料，包括多孔海绵材料、包覆于所述多孔海绵材料表面的聚多巴胺层以及负载于所述聚多巴胺层上的刺状粒子；还包括含氟表面活性剂，所述含氟表面活性剂以亲水基团端朝内，长氟碳链端朝外的方式负载于所述亲水疏油型油水分离材料的表面。
[0008]作为本专利技术的进一步改进，所述刺状粒子为粒径0.5～2μm的刺状结构，刺长为50
～200nm，刺的直径为1～100nm。
[0009]作为本专利技术的进一步改进，所述刺状粒子为具有亲水性的微米级粒子，包括二氧化钛、氧化锌中的一种。
[0010]作为本专利技术的进一步改进，所述多孔海绵材料的密度为4～18kg/m3，所述多孔海绵材料的孔径为25～60PPI。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，所述多孔海绵材料包括三聚氰胺海绵、聚氨酯海绵中的一种。
[0012]本专利技术还提供了一种亲水疏油型油水分离材料的制备方法，包括以下步骤：
[0013]S1、将多孔海绵材料放入多巴胺溶液中，震荡12～48h，得到聚多巴胺包覆的多孔海绵材料；
[0014]S2、将含有刺状粒子的悬浮液与步骤S1中所述的聚多巴胺包覆的多孔海绵材料充分接触后干燥，使所述刺状粒子负载于所述聚多巴胺包覆的多孔海绵材料的骨架上，得到刺状粒子负载的聚多巴胺海绵；
[0015]S3、将含氟表面活性剂的溶液与步骤S2中所述的刺状粒子负载的聚多巴胺海绵充分接触，使所述含氟表面活性剂负载于海绵与刺状粒子上，并以亲水基团端朝内，长氟碳链端朝外方式进行负载，形成亲水疏油型油水分离材料。
[0016]作为本专利技术的进一步改进，在步骤S3中，所述含氟表面活性剂为一端为亲水基团、一端为短氟碳链的表面活性剂；所述含氟表面活性剂的溶液中含氟表面活性剂的含量为5～80g/L。
[0017]作为本专利技术的进一步改进，在步骤S1中，所述多巴胺溶液的浓度为1～6g/L；所述多巴胺溶液为多巴胺或盐酸多巴胺溶于pH为7～9的弱碱性Tris溶液或Tris
‑
HCl溶液得到的。
[0018]作为本专利技术的进一步改进，在步骤S2中，含有刺状粒子的悬浮液的浓度为20～60g/L；所述刺状粒子负载于所述聚多巴胺包覆的多孔海绵材料的骨架上时，采用粘结剂来增强所述刺状粒子与海绵之间的附着力；所述粘结剂包括聚乙烯吡咯烷酮、苯乙烯
‑
异戊二烯
‑
苯乙烯嵌段共聚物、(3
‑
氨丙基)三乙氧基硅烷、双(3
‑
(三甲氧基硅基)丙基)胺、环氧树脂、不干胶中的一种。
[0019]作为本专利技术的进一步改进，所述含氟表面活性剂包括FS
‑
50、全氟辛酸、全氟辛酸钠、全氟十二烷酸、全氟十二烷酸钠、全氟壬酸钠中的一种。
[0020]作为本专利技术的进一步改进，在步骤S2或步骤S3中，含有刺状粒子的悬浮液或含氟表面活性剂的溶液与海绵充分接触时，采用喷涂、浸泡、吸附等方式使所述刺状粒子或含氟表面活性剂进行负载。
[0021]本专利技术的有益效果是：
[0022]1、本专利技术提供了一种亲水疏油型油水分离材料及其制备方法，亲水疏油型油水分离材料包括多孔海绵材料、包覆于多孔海绵材料表面的聚多巴胺层以及负载于聚多巴胺层上的刺状粒子；还包括含氟表面活性剂，含氟表面活性剂以亲水基团端朝内，长氟碳链端朝外的方式负载于亲水疏油型油水分离材料的表面。本专利技术通过制备具有特殊组分和结构的油水分离材料，利用聚多巴胺的包覆和亲水性刺状粒子的负载，增强了材料的亲水性和分离通量，同时含氟表面活性剂独特的化学结构，使得尺寸较大的油分子被阻挡在氟碳链表
面，较小的水分子可从长氟碳链之间通过，进入到亲水基团的内部，并受到亲水性海绵的吸收，实现了油水分离功能。
[0023]2、本专利技术先在多孔海绵材料骨架上包覆聚多巴胺层，再负载刺状微球离子，得到刺状粒子负载的聚多巴胺海绵。此种组装方式中，聚多巴胺在光滑的海绵表面包覆，可以增加其表面粗糙度，提升一定的亲水性，同时聚多巴胺结构中有活泼的双键，其高化学反应性可以为刺状粒子附着提供反应点位，使得刺状粒子与聚多巴胺之间形成化学键，有利于刺状粒子更加牢固的附着在海绵基体上；另外，聚多巴胺本身具有一定的黏附性，也可以进一步加固刺状粒子在海绵骨架上的负载。刺状微米级粒子在聚多巴胺海绵骨架上的负载，为其表面提供微纳结构，提升了聚多巴胺海绵的亲水性，为构造良好的亲水疏油性能提供优良条件；且因为刺状粒子所具有的特殊粗糙结构，进一步增加了基材的粗糙度以及其亲水性，使得含氟物质在接枝时，以其亲水基团朝内，长氟碳链朝外的方式负载于海绵与刺状粒子上，形成了具有疏油性的同时保持其优良的亲水本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种亲水疏油型油水分离材料，其特征在于，包括多孔海绵材料、包覆于所述多孔海绵材料表面的聚多巴胺层以及负载于所述聚多巴胺层上的刺状粒子；还包括含氟表面活性剂，所述含氟表面活性剂以亲水基团端朝内，长氟碳链端朝外的方式负载于所述亲水疏油型油水分离材料的表面。2.根据权利要求1所述的亲水疏油型油水分离材料，其特征在于，所述刺状粒子为粒径0.5～2μm的刺状结构，刺长为50～200nm，刺的直径为1～100nm。3.根据权利要求2所述的亲水疏油型油水分离材料，其特征在于，所述刺状粒子为具有亲水性的微米级粒子，包括二氧化钛、氧化锌中的一种。4.根据权利要求1所述的亲水疏油型油水分离材料，其特征在于，所述多孔海绵材料的密度为4～18kg/m3，所述多孔海绵材料的孔径为25～60PPI。5.根据权利要求4所述的亲水疏油型油水分离材料，其特征在于，所述多孔海绵材料包括三聚氰胺海绵、聚氨酯海绵中的一种。6.一种权利要求1～5中任一项所述的亲水疏油型油水分离材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将多孔海绵材料放入多巴胺溶液中，震荡12～48h，得到聚多巴胺包覆的多孔海绵材料；S2、将含有刺状粒子的悬浮液与步骤S1中所述的聚多巴胺包覆的多孔海绵材料充分接触后干燥，使所述刺状粒子负载于所述聚多巴胺包覆的多孔海绵材料的骨架上，得到刺状粒子负载的聚多巴胺海绵；S3、将含氟表面活性剂的溶液与步骤S2中所述的刺状粒子负载的聚多巴胺海绵充分接触，使所述含氟表面活性剂负载于海绵...

【专利技术属性】
技术研发人员：王栋，武艺，刘轲，李青云，李珊珊，徐桂林，夏明，程芹，徐佳，
申请(专利权)人：武汉纺织大学，
类型：发明
国别省市：